JP7314940B2 - Porous body and fuel cell containing the same - Google Patents

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Description

本開示は、多孔体、およびそれを含む燃料電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to porous bodies and fuel cells including the same.

従来から金属多孔体等の多孔体は、気孔率が高く、もって表面積が大きいことから、電池用電極、触媒担持体、金属複合材、フィルターなどの様々な用途に利用されている。 Background Art Porous bodies such as metal porous bodies have conventionally been used in various applications such as battery electrodes, catalyst carriers, metal composites, and filters because of their high porosity and large surface area.

特開平11-154517号公報JP-A-11-154517 特開2012-132083号公報JP 2012-132083 A 特開2012-149282号公報JP 2012-149282 A

本開示の一態様に係る多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体であって、
上記骨格の本体は、ニッケルとコバルトとを構成元素として含む結晶粒を含み、
上記コバルトの質量割合は、上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対して、0.2以上0.8以下であり、
上記骨格の本体の断面を200倍の倍率で観察することにより第一観察像を得た場合、上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子短径は2μm以上である。
A porous body according to an aspect of the present disclosure is a porous body having a skeleton having a three-dimensional network structure,
The main body of the skeleton contains crystal grains containing nickel and cobalt as constituent elements,
The mass ratio of the cobalt is 0.2 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of the nickel and the cobalt,
When the first observed image is obtained by observing the cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 200, the minor diameter of the crystal grains obtained in the first observed image is 2 μm or more.

本開示の一態様に係る燃料電池は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える燃料電池であって、上記空気極用集電体および上記水素極用集電体からなる群より選ばれる少なくとも一方は、上記多孔体を含む。 A fuel cell according to an aspect of the present disclosure is a fuel cell comprising an air electrode current collector and a hydrogen electrode current collector, wherein at least one selected from the group consisting of the air electrode current collector and the hydrogen electrode current collector includes the porous body.

図1は、本開示の一態様に係る多孔体における骨格の部分断面の概略を示す概略部分断面図である。FIG. 1 is a schematic partial cross-sectional view showing an outline of a partial cross-section of a skeleton in a porous body according to one aspect of the present disclosure. 図2は、骨格の長手方向に直交する断面を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the skeleton. 図3は、本実施形態の骨格本体の長手方向に直交する断面に基づいて作成されたカラーマップである。FIG. 3 is a color map created based on a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the skeleton body of this embodiment. 図4は、図3のカラーマップにおいて、骨格本体に含まれる各結晶粒の輪郭を表した模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing the outline of each crystal grain contained in the skeleton main body in the color map of FIG. 図5Aは、本開示の一態様に係る多孔体の三次元網目状構造を説明するため、多孔体におけるセル部の1つに着目した拡大模式図である。FIG. 5A is an enlarged schematic diagram focusing on one of the cell portions in the porous body for explaining the three-dimensional network structure of the porous body according to one aspect of the present disclosure. 図5Bは、セル部の形状の一態様を示す模式図である。FIG. 5B is a schematic diagram showing one mode of the shape of the cell portion. 図6Aは、セル部の形状の他の態様を示す模式図である。FIG. 6A is a schematic diagram showing another aspect of the shape of the cell portion. 図6Bは、セル部の形状のさらに他の態様を示す模式図である。FIG. 6B is a schematic diagram showing still another aspect of the shape of the cell portion. 図7は、接合した2つのセル部の態様を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing an aspect of two joined cell portions. 図8は、接合した4つのセル部の態様を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing an aspect of four joined cell portions. 図9は、複数のセル部が接合することによって形成された三次元網目状構造の一態様を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing one aspect of a three-dimensional network structure formed by bonding a plurality of cell portions. 図10は、本開示の一態様に係る燃料電池を示す模式断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell according to one aspect of the present disclosure. 図11は、本開示の一態様に係る燃料電池用セルを示す模式断面図である。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell according to one aspect of the present disclosure. 図12は、本開示の一態様に係る燃料電池を示す模式断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell according to one aspect of the present disclosure. 図13は、本開示の比較例に係る燃料電池を示す模式断面図である。FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell according to a comparative example of the present disclosure;

[本開示が解決しようとする課題]
上記のような金属多孔体の製造方法としては、たとえば特開平11-154517号公報(特許文献1)において、発泡樹脂などに導電性を付与する処理を施した後、この発泡樹脂上に金属からなる電気めっき層を形成し、必要に応じて発泡樹脂を焼却し、除去することによって金属多孔体を製造する方法が開示されている。
[Problems to be Solved by the Present Disclosure]
As a method for producing the metal porous body as described above, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-154517 (Patent Document 1) discloses a method for producing a metal porous body by subjecting a foamed resin or the like to a treatment for imparting conductivity, forming an electroplating layer made of a metal on the foamed resin, and burning and removing the foamed resin as necessary.

さらに特開2012-132083号公報(特許文献2)には、耐酸化性および耐食性の特性を備えた金属多孔体として、ニッケル-スズ合金を主成分とする骨格を有する金属多孔体が開示されている。特開2012-149282号公報(特許文献3)には、高い耐食性を備えた金属多孔体として、ニッケル-クロム合金を主成分とする骨格を有する金属多孔体が開示されている。 Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-132083 (Patent Document 2) discloses a metal porous body having a skeleton mainly composed of a nickel-tin alloy as a metal porous body having oxidation resistance and corrosion resistance properties. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-149282 (Patent Document 3) discloses a metal porous body having a skeleton mainly composed of a nickel-chromium alloy as a metal porous body having high corrosion resistance.

このように金属多孔体等の多孔体は様々なものが知られているが、これを電池用電極の集電体、特に固体酸化物型燃料電池(SOFC)の電極の集電体(例えば、空気極用集電体、水素極用集電体)として用いる場合、多孔体の強度(例えば、展性、延性)を調整する等、更なる改善の余地がある。 As described above, various porous bodies such as metal porous bodies are known, but there is room for further improvement such as adjusting the strength (e.g., malleability, ductility) of the porous body when used as a current collector for battery electrodes, particularly as a current collector for solid oxide fuel cell (SOFC) electrodes (e.g., air electrode current collector, hydrogen electrode current collector).

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有する多孔体、およびそれを含む燃料電池を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a porous body having appropriate strength as a current collector for an air electrode and a current collector for a hydrogen electrode of a fuel cell, and a fuel cell including the same.

[本開示の効果]
上記によれば、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有する多孔体、およびそれを含む燃料電池を提供することができる。
[Effect of the present disclosure]
According to the above, it is possible to provide a porous body having appropriate strength as a current collector for an air electrode and a current collector for a hydrogen electrode of a fuel cell, and a fuel cell including the same.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
[1]本開示の一態様に係る多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体であって、
上記骨格の本体は、ニッケルとコバルトとを構成元素として含む結晶粒を含み、
上記コバルトの質量割合は、上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対して、0.2以上0.8以下であり、
上記骨格の本体の断面を200倍の倍率で観察することにより第一観察像を得た場合、上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子短径は2μm以上である。このような特徴を有する多孔体は、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有することができる。
[Description of Embodiments of the Present Disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure are listed and described.
[1] A porous body according to one aspect of the present disclosure is a porous body having a skeleton having a three-dimensional network structure,
The main body of the skeleton contains crystal grains containing nickel and cobalt as constituent elements,
The mass ratio of the cobalt is 0.2 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of the nickel and the cobalt,
When the first observed image is obtained by observing the cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 200, the minor diameter of the crystal grains obtained in the first observed image is 2 μm or more. A porous body having such characteristics can have appropriate strength as a current collector for an air electrode and a current collector for a hydrogen electrode of a fuel cell.

[2]上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子長径は、8μm以上であることが好ましい。このような特徴を有する多孔体は、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として更に適度な強度を有することができる。 [2] The long diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is preferably 8 μm or more. A porous body having such characteristics can have more suitable strength as a current collector for an air electrode and a current collector for a hydrogen electrode of a fuel cell.

[3]上記骨格の本体の厚みは、5μm以上75μm以下であることが好ましい。このような特徴を有する多孔体は、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として更に適度な強度を有することができる。 [3] The thickness of the main body of the skeleton is preferably 5 μm or more and 75 μm or less. A porous body having such characteristics can have more suitable strength as a current collector for an air electrode and a current collector for a hydrogen electrode of a fuel cell.

[4]上記骨格の本体は、ケイ素、カルシウム、カリウム、マグネシウム、炭素、スズ、アルミニウム、ナトリウム、鉄、タングステン、チタン、リン、ホウ素、銀、金、銅、亜鉛、クロム、モリブデン、窒素、硫黄、フッ素、及び塩素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を構成元素としてさらに含んでいてもよい。このような特徴を有する多孔体は、更に適度な強度を有することができる。 [4] The main body of the skeleton may further contain at least one element selected from the group consisting of silicon, calcium, potassium, magnesium, carbon, tin, aluminum, sodium, iron, tungsten, titanium, phosphorus, boron, silver, gold, copper, zinc, chromium, molybdenum, nitrogen, sulfur, fluorine, and chlorine as a constituent element. A porous body having such characteristics can further have an appropriate strength.

[5]上記骨格の本体は、酸素を構成元素としてさらに含むことが好ましい。この態様は、多孔体が使用により酸化された状態にあることを意味する。上記多孔体は、このような状態においても高温環境下で高い導電性を維持することができる。 [5] The main body of the skeleton preferably further contains oxygen as a constituent element. This aspect means that the porous body is in an oxidized state due to use. Even in such a state, the porous body can maintain high conductivity in a high-temperature environment.

[6]上記酸素は、上記骨格の本体において0.1質量%以上35質量%以下含まれることが好ましい。この場合、高温環境下で高い導電性をより効果的に維持することができる。 [6] It is preferable that the main body of the skeleton contains 0.1% by mass or more and 35% by mass or less of oxygen. In this case, high conductivity can be more effectively maintained in a high-temperature environment.

[7]上記骨格の本体は、スピネル型酸化物を含むことが好ましい。この場合も、高温環境下で高い導電性をより効果的に維持することができる。 [7] The main body of the skeleton preferably contains a spinel-type oxide. Also in this case, high conductivity can be more effectively maintained in a high-temperature environment.

[8]上記骨格の本体は、その断面を3000倍の倍率で観察することにより第二観察像を得た場合、上記第二観察像の任意の10μm四方の領域において現われる長径1μm以上の空隙の数が5個以下であることが好ましい。これにより、強度を十分に向上させることができる。 [8] When a second observation image is obtained by observing the cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 3000 times, it is preferable that the number of voids having a major diameter of 1 μm or more appearing in an arbitrary 10 μm square region of the second observation image is 5 or less. Thereby, the strength can be sufficiently improved.

[9]上記骨格は、中空であることが好ましい。これにより、多孔体を軽量とすることができ、かつ必要な金属量を低減することができる。 [9] The skeleton is preferably hollow. As a result, the weight of the porous body can be reduced, and the required amount of metal can be reduced.

[10]上記多孔体は、シート状の外観を有し、厚みが0.2mm以上2mm以下であることが好ましい。これにより従来に比べ、厚みの薄い空気極用集電体および水素極用集電体を形成可能となり、もって必要な金属量を低減すること、及びコンパクトな燃料電池を製造することができる。 [10] The porous body preferably has a sheet-like appearance and a thickness of 0.2 mm or more and 2 mm or less. This makes it possible to form a thinner air electrode current collector and hydrogen electrode current collector than conventional ones, thereby reducing the required amount of metal and manufacturing a compact fuel cell.

[11]本開示の一態様に係る燃料電池は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える燃料電池であって、上記空気極用集電体および上記水素極用集電体からなる群より選ばれる少なくとも一方は、上記多孔体を含む。このような特徴を有する燃料電池は、高温環境下で高い導電性を維持することができ、もって効率よく発電することができる。 [11] A fuel cell according to an aspect of the present disclosure is a fuel cell comprising an air electrode current collector and a hydrogen electrode current collector, wherein at least one selected from the group consisting of the air electrode current collector and the hydrogen electrode current collector includes the porous body. A fuel cell having such characteristics can maintain high conductivity in a high-temperature environment, and thus can efficiently generate power.

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、本開示の一実施形態(以下、「本実施形態」とも記す。)について説明する。ただし、本実施形態はこれに限定されるものではない。本明細書において「A~Z」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちA以上Z以下)を意味する。Aにおいて単位の記載がなく、Zにおいてのみ単位が記載されている場合、Aの単位とZの単位とは同じである。
[Details of the embodiment of the present invention]
An embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as "this embodiment") will be described below. However, this embodiment is not limited to this. As used herein, a designation of the form "A to Z" refers to the upper and lower limits of a range (ie, greater than or equal to A and less than or equal to Z). When no unit is described for A and only a unit is described for Z, the unit of A and the unit of Z are the same.

≪多孔体≫
本実施形態に係る多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体である。上記骨格の本体は、ニッケルとコバルトとを構成元素として含む結晶粒を含む。上記コバルトの質量割合は、上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対して0.2以上0.8以下である。上記骨格の本体の断面を200倍の倍率で観察することにより第一観察像を得た場合、上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子短径は2μm以上である。このような特徴を有する多孔体は、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有することができる。ここで、本実施形態における「多孔体」としては、たとえば、金属からなる多孔体、金属の酸化物からなる多孔体、金属および金属の酸化物を含む多孔体が挙げられる。
≪Porous body≫
The porous body according to this embodiment is a porous body having a skeleton having a three-dimensional network structure. The main body of the skeleton includes crystal grains containing nickel and cobalt as constituent elements. The mass ratio of cobalt is 0.2 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of nickel and cobalt. When the first observed image is obtained by observing the cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 200, the minor diameter of the crystal grains obtained in the first observed image is 2 μm or more. A porous body having such characteristics can have appropriate strength as a current collector for an air electrode and a current collector for a hydrogen electrode of a fuel cell. Here, the “porous body” in the present embodiment includes, for example, a porous body made of metal, a porous body made of metal oxide, and a porous body containing metal and metal oxide.

骨格の本体の結晶粒におけるニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量割合が0.2以上である多孔体では、強度が高く、SOFCスタック化時に変形したとしても骨格に割れが起きにくい傾向がある。また、骨格の本体の結晶粒におけるニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量割合が0.8以下である多孔体では、当該多孔体を空気極用集電体または水素極用集電体として燃料電池を製造しても、燃料電池の構成部材である固体電解質が割れにくい傾向がある。そのため、上記骨格の本体の結晶粒における上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対する上記コバルトの質量割合が0.2以上0.8以下であるとき、上記骨格を備える多孔体は燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有する。 A porous body in which the mass ratio of cobalt to the total mass of nickel and cobalt in the crystal grains of the main body of the skeleton is 0.2 or more has high strength, and even if it is deformed during SOFC stacking, the skeleton tends to crack less. In addition, in a porous body in which the mass ratio of cobalt to the total mass of nickel and cobalt in the crystal grains of the main body of the skeleton is 0.8 or less, even if a fuel cell is manufactured using the porous body as a current collector for an air electrode or a current collector for a hydrogen electrode, the solid electrolyte, which is a constituent member of the fuel cell, tends to be difficult to crack. Therefore, when the mass ratio of the cobalt to the total mass of the nickel and the cobalt in the crystal grains of the main body of the skeleton is 0.2 or more and 0.8 or less, the porous body provided with the skeleton has an appropriate strength as an air electrode current collector and a hydrogen electrode current collector of a fuel cell.

上記多孔体は、その外観がシート状、直方体状、球状および円柱状などの各種の形状を有することができる。なかでも多孔体は、シート状の外観を有し、厚みが0.2mm以上2mm以下であることが好ましい。多孔体の厚みは、0.5mm以上1mm以下であることがより好ましい。多孔体の厚みが2mm以下であることより、従来に比べ厚みの薄い多孔体となっており必要な金属量を低減すること、及びコンパクトな燃料電池を製造することができる。多孔体の厚みが0.2mm以上であることより必要な強度を備えることができる。上記厚みは、たとえば市販のデジタルシックネスゲージによって測定が可能である。 The porous body can have various external shapes such as sheet-like, rectangular parallelepiped, spherical, and cylindrical shapes. Among them, the porous body preferably has a sheet-like appearance and a thickness of 0.2 mm or more and 2 mm or less. More preferably, the thickness of the porous body is 0.5 mm or more and 1 mm or less. Since the thickness of the porous body is 2 mm or less, the porous body is thinner than the conventional one, so that the required amount of metal can be reduced and a compact fuel cell can be manufactured. When the thickness of the porous body is 0.2 mm or more, the necessary strength can be provided. The thickness can be measured, for example, with a commercially available digital thickness gauge.

<骨格>
多孔体は、上述のとおり三次元網目状構造を有する骨格を備える。骨格の本体は、ニッケルとコバルトとを構成元素として含む結晶粒を含む。上記コバルトの質量割合は、上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対して0.2以上0.8以下である。
<Skeleton>
The porous body has a skeleton having a three-dimensional network structure as described above. The main body of the framework includes crystal grains containing nickel and cobalt as constituent elements. The mass ratio of cobalt is 0.2 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of nickel and cobalt.

骨格は、図1に示すように、気孔部14を有する三次元網目状構造を有する。三次元網目状構造の詳細については、後述する。骨格12は、本体11(以下、「骨格本体11」と記載する場合がある。)、およびこの骨格本体11に囲まれた中空の内部13からなる。骨格本体11は、後述する支柱部およびノード部を形成している。このように骨格は、中空であることが好ましい。 The skeleton has a three-dimensional network structure with pores 14, as shown in FIG. The details of the three-dimensional network structure will be described later. The skeleton 12 consists of a main body 11 (hereinafter sometimes referred to as a “skeleton body 11 ”) and a hollow interior 13 surrounded by the skeleton body 11 . The skeletal body 11 forms a pillar portion and a node portion, which will be described later. As such, the skeleton is preferably hollow.

さらに骨格12は、図2に示すように、その長手方向に直交する断面の形状が三角形であることが好ましい。しかし骨格12の断面形状は、これに限定されるべきではない。骨格12の断面形状は、四角形、六角形などの三角形以外の多角形であってもよい。本実施形態において「三角形」とは、幾何学的な三角形のみならず、略三角形の形状(例えば、頂角が面取りされている形状、頂角にアールが付与されている形状等)も含む概念である。他の多角形についても同様である。 Furthermore, as shown in FIG. 2, the skeleton 12 preferably has a triangular cross-sectional shape perpendicular to its longitudinal direction. However, the cross-sectional shape of the skeleton 12 should not be limited to this. The cross-sectional shape of the skeleton 12 may be polygonal other than triangular, such as quadrangular and hexagonal. In the present embodiment, "triangle" is a concept that includes not only geometric triangles but also substantially triangular shapes (for example, shapes with chamfered apex angles, shapes with rounded apex angles, etc.). The same is true for other polygons.

すなわち骨格12は、骨格本体11に囲まれた内部13が中空の筒形状を有し、長手方向に直交する断面が三角形またはその他の多角形であることが好ましい。骨格12は、筒形状であるので骨格本体11において筒の内側面をなす内壁、および筒の外側面をなす外壁を有している。骨格12は、骨格本体11に囲まれた内部13が中空であることにより、多孔体を非常に軽量とすることができる。ただし骨格は、中空であることに限定されず、中実であってもよい。上記内部13が中実である場合、多孔体の強度を向上することができる。 In other words, the skeleton 12 preferably has a hollow cylindrical interior 13 surrounded by the skeleton body 11 and a triangular or other polygonal cross section orthogonal to the longitudinal direction. Since the skeleton 12 has a cylindrical shape, the skeleton body 11 has an inner wall forming the inner surface of the pipe and an outer wall forming the outer surface of the pipe. Since the skeleton 12 has a hollow interior 13 surrounded by the skeleton body 11, the porous body can be made very lightweight. However, the skeleton is not limited to being hollow, and may be solid. When the inside 13 is solid, the strength of the porous body can be improved.

本実施形態において、上記骨格の本体の断面を200倍の倍率で観察することにより第一観察像を得た場合、上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子短径は2μm以上であり、2μm以上15μm以下であることが好ましく、2μm以上10μm以下であることがより好ましい。ここで、「結晶粒の粒子短径」とは、後述する骨格本体の厚み方向における当該結晶粒の一方の界面から他方の界面までの距離を意味する。なお、上記粒子短径が骨格本体の厚みを超えることはない。 In the present embodiment, when the first observation image is obtained by observing the cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 200 times, the minor diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is 2 μm or more, preferably 2 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 2 μm or more and 10 μm or less. Here, the "minor diameter of a crystal grain" means the distance from one interface of the crystal grain to the other interface in the thickness direction of the skeleton body, which will be described later. The short diameter of the particles does not exceed the thickness of the main body of the skeleton.

骨格本体の断面の観察は、電子線後方散乱回折装置(EBSD装置)を備えた電界放出型走査型電子顕微鏡(FE-SEM)を用いることにより行うことができる。具体的には、まず測定対象の多孔体を、骨格本体の長手方向に対して垂直な骨格本体の断面が少なくとも1視野分得られるように切断する。その後、得られた断面を耐水研磨紙(研磨剤としてSiC砥粒研磨剤を含むもの)等で機械研磨する。 Observation of the cross section of the skeleton body can be performed by using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) equipped with an electron beam backscatter diffraction device (EBSD device). Specifically, first, the porous body to be measured is cut so that at least one view of the cross section of the skeleton body perpendicular to the longitudinal direction of the skeleton body is obtained. After that, the obtained cross section is mechanically polished with water-resistant abrasive paper (containing SiC abrasive grains as an abrasive) or the like.

次に、機械研磨した上記断面をArイオンによるイオンミーリング処理によりさらに平滑化する。イオンミーリング処理の条件は以下の通りである。
加速電圧:6kV
照射角度:骨格本体の上記断面の法線方向から0°
照射時間:6時間
観察面:断面加工面
Next, the mechanically polished cross section is further smoothed by ion milling treatment using Ar ions. The conditions for the ion milling treatment are as follows.
Accelerating voltage: 6 kV
Irradiation angle: 0° from the normal direction of the cross section of the skeleton body
Irradiation time: 6 hours Observation surface: Cross-sectional surface

次に、上記の平滑化処理された断面(鏡面)を、EBSD装置(例えば、AMETEK社製、商品名:「OIM7.7.0」)を備えた電界放出型走査FE-SEM(例えば、ZEISS社製、製品名:「SUPRA35VP」)を用いて観察し、得られた第一観察像に対してEBSD解析を行う。このときのFE-SEMの観察倍率は200倍とする。 Next, the smoothed cross section (mirror surface) is observed using a field emission scanning FE-SEM (for example, manufactured by ZEISS, product name: "SUPRA35VP") equipped with an EBSD device (for example, manufactured by AMETEK, product name: "OIM7.7.0"), and EBSD analysis is performed on the obtained first observation image. The observation magnification of the FE-SEM at this time is 200 times.

またEBSD解析に関し、データは、集束電子ビームを各ピクセル上へ個別に位置させることによって順に収集する。サンプル面(平滑化処理された断面)の法線は、入射ビームに対して70°傾斜させ、解析は、15kVにて行なう。帯電効果を避けるために、10Paの圧力を印加する。開口径60μmまたは120μmと合わせて高電流モードを用いる。データ収集は、断面上、420μm×1250μmの面領域(観察領域)にて行なう。このときの測定視野数は、10視野以上であることが好ましく、15視野以上であることがより好ましい。ただし、上述の観察領域を選択するにあたり、一見して異常値を示す観察領域は除外する。 Also for EBSD analysis, data are collected sequentially by individually positioning the focused electron beam over each pixel. The normal to the sample surface (smoothed cross-section) is tilted at 70° to the incident beam and the analysis is performed at 15 kV. A pressure of 10 Pa is applied to avoid charging effects. A high current mode is used in conjunction with an aperture diameter of 60 μm or 120 μm. Data collection is performed in a plane area (observation area) of 420 μm×1250 μm on the cross section. The number of fields of view to be measured at this time is preferably 10 or more, more preferably 15 or more. However, in selecting the observation regions described above, observation regions that seem to show abnormal values are excluded.

上記EBSD解析結果を、市販のソフトウェア(商品名:「orientation Imaging microscopy Ver 6.2」、EDAX社製)を用いて分析し、上記第一観察像のカラーマップを作成する。具体的には、まず上記平滑処理された断面に含まれる各結晶粒の結晶方位を特定する。そして、特定された結晶方位に基づいてカラーマップを作成する。作成されたカラーマップにおいて、各結晶粒の粒界が判別可能となる。該カラーマップの作成には、上記ソフトウェアに含まれる「Cristal Direction MAP」の手法を用いることができる。 The EBSD analysis results are analyzed using commercially available software (trade name: "orientation imaging microscopy Ver 6.2", manufactured by EDAX) to create a color map of the first observation image. Specifically, first, the crystal orientation of each crystal grain included in the smoothed cross section is specified. Then, a color map is created based on the specified crystal orientation. The grain boundary of each crystal grain can be identified in the created color map. The "Cristal Direction MAP" method included in the above software can be used to create the color map.

図3は、本実施形態の骨格本体の断面に基づいて作成されたカラーマップである。図4は、図3のカラーマップにおいて、骨格本体に含まれる各結晶粒の輪郭(粒界を含む)を表した模式図である。 FIG. 3 is a color map created based on the cross section of the skeleton body of this embodiment. FIG. 4 is a schematic diagram showing the contours (including grain boundaries) of each crystal grain contained in the skeleton body in the color map of FIG.

そして本実施形態の上記結晶粒の粒子短径は、上記カラーマップにおいて、以下のようにして求める。まず、対象の結晶粒に着目して、上記骨格本体の厚み方向に対して垂直な方向における上記結晶粒の中点を定める。次に、上記結晶粒の中点を通りかつ上記骨格本体の厚み方向に平行な直線と、上記結晶粒における互いに向き合う2つの界面とが交差する二点間の距離を求める(例えば、図4のR1)。この方法で1視野につき少なくとも6個の結晶粒の粒子短径を求め、これらの算術平均値をその視野における粒子短径とする。このような方法によって、複数の視野分(例えば、10視野分)の上記粒子短径を求め、これらの算術平均値を当該多孔体における「結晶粒の粒子短径」とする。 The particle short diameters of the crystal grains of the present embodiment are obtained in the following manner in the color map. First, focusing on the target crystal grain, the midpoint of the crystal grain in the direction perpendicular to the thickness direction of the skeleton body is determined. Next, the distance between two points where a straight line passing through the midpoint of the crystal grain and parallel to the thickness direction of the skeleton main body intersects two interfaces of the crystal grain that face each other is determined (for example, R1 in FIG. 4). By this method, the minor diameters of at least 6 crystal grains per field of view are obtained, and the arithmetic average value of these is taken as the minor diameter of the grains in that field of view. By such a method, the particle short diameters of a plurality of visual fields (for example, 10 visual fields) are obtained, and the arithmetic mean value of these is taken as the "particle short diameter of the crystal grain" in the porous body.

本実施形態において、上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子長径は、8μm以上であることが好ましく、8μm以上20μm以下であることがより好ましく、8μm以上15μm以下であることが更に好ましい。ここで、「結晶粒の粒子長径」とは、後述する骨格本体の厚み方向に対して垂直な方向における当該結晶粒の一方の界面から他方の界面までの距離を意味する。上記粒子長径は上述のように定義されることから、結晶粒の形状によっては、粒子長径が粒子短径よりも短い場合があり得る。上記結晶粒の粒子長径は、上述のEBSD解析によって得られたカラーマップから求めることが可能である。すなわち、まず、対象の結晶粒に着目して、上記骨格本体の厚み方向における上記結晶粒の中点を定める。次に、上記結晶粒の中点を通りかつ上記骨格本体の厚み方向に垂直な直線と、上記結晶粒における互いに向き合う2つの界面とが交差する二点間の距離距離を求める(例えば、図4のR2)。この方法で1視野につき少なくとも6個の結晶粒の粒子長径を求め、これらの算術平均値をその視野における粒子長径とする。このような方法によって、複数の視野分(例えば、10視野分)の上記粒子長径を求め、これらの算術平均値を当該多孔体における「結晶粒の粒子長径」とする。なお、骨格本体の断面において、扇形の形状をしている結晶粒は、上記粒子短径及び上記粒子長径を求める際には除外するものとする。 In the present embodiment, the major diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is preferably 8 μm or more, more preferably 8 μm or more and 20 μm or less, and even more preferably 8 μm or more and 15 μm or less. Here, the term "particle long diameter of a crystal grain" means the distance from one interface of the crystal grain to the other interface in a direction perpendicular to the thickness direction of the skeleton body, which will be described later. Since the particle major diameter is defined as described above, the particle major diameter may be shorter than the particle minor diameter depending on the shape of the crystal grain. The major diameter of the crystal grains can be obtained from the color map obtained by the EBSD analysis described above. That is, first, focusing on the target crystal grain, the midpoint of the crystal grain in the thickness direction of the skeleton body is determined. Next, the distance between two points where a straight line passing through the midpoint of the crystal grain and perpendicular to the thickness direction of the skeleton main body intersects two interfaces of the crystal grain facing each other is determined (for example, R2 in FIG. 4). By this method, the major diameters of at least 6 crystal grains per field of view are determined, and the arithmetic mean value of these is taken as the major diameter of the grains in that field of view. By such a method, the long diameters of the particles for a plurality of visual fields (for example, 10 visual fields) are obtained, and the arithmetic mean value of these is taken as the "long diameter of the crystal grains" in the porous body. In addition, in the cross section of the skeleton main body, fan-shaped crystal grains shall be excluded when obtaining the particle minor diameter and the particle major diameter.

骨格は、ニッケルおよびコバルトの合計の目付量が200g/m以上1000g/m以下であることが好ましい。上記目付量は、250g/m以上900g/m以下であることがより好ましい。後述するように、上記目付量は、導電性を付与する導電化処理を施した導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金めっきを行なうときなどに、その量を適宜調整することができる。The skeleton preferably has a total basis weight of nickel and cobalt of 200 g/m 2 or more and 1000 g/m 2 or less. More preferably, the basis weight is 250 g/m 2 or more and 900 g/m 2 or less. As will be described later, the weight per unit area can be appropriately adjusted when nickel-cobalt alloy plating is performed on a conductive resin molded body that has been subjected to a conductive treatment to impart conductivity.

上述したニッケルおよびコバルトの合計の目付量を、骨格の単位体積当たりの質量(骨格の見かけの密度)に換算すると次のとおりとなる。すなわち上記骨格の見かけの密度は、0.14g/cm以上0.75g/cm以下であることが好ましく、0.18g/cm以上0.65g/cm以下であることがより好ましい。ここで「骨格の見かけの密度」は、次式で定義される。
骨格の見かけの密度(g/cm)=M(g)/V(cm
M:骨格の質量[g]
V:骨格における外観の形状の体積[cm]。
The total basis weight of nickel and cobalt described above is converted to mass per unit volume of the skeleton (apparent density of the skeleton) as follows. That is, the apparent density of the skeleton is preferably 0.14 g/cm 3 or more and 0.75 g/cm 3 or less, more preferably 0.18 g/cm 3 or more and 0.65 g/cm 3 or less. Here, the "skeletal apparent density" is defined by the following equation.
Apparent density of skeleton (g/cm 3 ) = M (g)/V (cm 3 )
M: mass of skeleton [g]
V: volume of the appearance shape in the skeleton [cm 3 ].

骨格は、その気孔率が40%以上98%以下であることが好ましく、45%以上98%以下であることがより好ましく、50%以上98%以下であることが最も好ましい。骨格の気孔率が40%以上であることにより、多孔体を非常に軽量なものとすることができ、かつ多孔体の表面積を大きくすることができる。骨格の気孔率が98%以下であることにより、多孔体に十分な強度を備えさせることができる。 The skeleton preferably has a porosity of 40% or more and 98% or less, more preferably 45% or more and 98% or less, and most preferably 50% or more and 98% or less. When the porosity of the skeleton is 40% or more, the porous body can be made very lightweight and the surface area of the porous body can be increased. When the porosity of the skeleton is 98% or less, the porous body can be provided with sufficient strength.

骨格の気孔率は、次式で定義される。
気孔率(%)=[1-{M/(V×d)}]×100
M:骨格の質量[g]
V:骨格における外観の形状の体積[cm
d:骨格を構成する物質自体の密度[g/cm]。
The porosity of the skeleton is defined by the following formula.
Porosity (%) = [1-{M / (V × d)}] × 100
M: mass of skeleton [g]
V: Volume of external shape in skeleton [cm 3 ]
d: Density of the substance itself constituting the skeleton [g/cm 3 ].

骨格は、その平均気孔径が60μm以上3500μm以下であることが好ましい。骨格の平均気孔径が60μm以上であることにより、多孔体の強度を高めることができる。骨格の平均気孔径が3500μm以下であることにより、多孔体の曲げ性(曲げ加工性)を高めることができる。これらの観点から、骨格の平均気孔径は60μm以上1000μm以下であることがより好ましく、100μm以上850μm以下であることが最も好ましい。 The skeleton preferably has an average pore diameter of 60 μm or more and 3500 μm or less. By setting the average pore size of the skeleton to 60 μm or more, the strength of the porous body can be increased. When the average pore diameter of the skeleton is 3500 μm or less, the bendability (bending workability) of the porous body can be enhanced. From these points of view, the average pore diameter of the skeleton is more preferably 60 μm or more and 1000 μm or less, and most preferably 100 μm or more and 850 μm or less.

骨格の平均気孔径は、次の方法により求めることができる。すなわち、まず顕微鏡を用いて骨格の表面を3000倍の倍率で拡大した観察像を少なくとも10視野準備する。次に、この10視野のそれぞれにおいて上記骨格における1インチ(25.4mm=25400μm)あたりの気孔の数を求める。さらに、この10視野における気孔の数を平均値(n)とした上で、これを次式に代入することより算出される数値を、骨格の平均気孔径とする。
平均気孔径(μm)=25400μm/n
The average pore size of the skeleton can be obtained by the following method. That is, first, a microscope is used to prepare at least 10 fields of observation images of the surface of the skeleton magnified at a magnification of 3000 times. Next, the number of pores per inch (25.4 mm=25400 μm) in the scaffold is determined in each of the 10 fields of view. Furthermore, the number of pores in these 10 fields of view is taken as an average value (n c ), and the numerical value calculated by substituting this into the following equation is taken as the average pore diameter of the skeleton.
Average pore diameter (μm)=25400 μm/n c .

ここで、上記骨格の気孔率および平均気孔径は、多孔体の気孔率および平均気孔径と把握することもできる。 Here, the porosity and average pore diameter of the skeleton can also be grasped as the porosity and average pore diameter of the porous body.

骨格の本体は、その断面を3000倍の倍率で観察することにより第二観察像を得た場合、上記第二観察像の任意の10μm四方の領域において現われる長径1μm以上の空隙の数が5個以下であることが好ましい。この空隙の数は、3個以下であることがより好ましい。これにより多孔体の強度を十分に向上させることができる。さらに骨格の本体は、上記空隙の数が5個以下であることにより、微粉を焼結してなる成形体とは異なることが理解される。観察される空隙の数の下限は、たとえば0個である。ここで「空隙の数」とは、骨格本体の断面における複数(例えば、10か所)の「10μm四方の領域」をそれぞれ観察することにより求められる空隙の数平均を意味する。 When a second observation image is obtained by observing the cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 3000 times, it is preferable that the number of voids having a major diameter of 1 μm or more appearing in an arbitrary 10 μm square region of the second observation image is 5 or less. More preferably, the number of voids is 3 or less. This can sufficiently improve the strength of the porous body. Furthermore, it is understood that the main body of the skeleton is different from a compact formed by sintering fine powder because the number of voids is 5 or less. The lower limit of the number of observed voids is 0, for example. Here, the "number of voids" means the average number of voids obtained by observing a plurality of (for example, 10) "areas of 10 μm square" in the cross section of the skeleton body.

骨格の断面の観察は、電子顕微鏡を用いることにより行うことができる。具体的には、10視野において骨格本体の断面の観察を行なうことにより、上述の「空隙の数」を求めることが好ましい。骨格本体の断面は、骨格の長手方向に直交する断面(例えば図2)であってもよく、骨格の長手方向と平行な断面(例えば図1)であってもよい。観察像において空隙は、色のコントラスト(明暗の差)によってその他の部分と区別することができる。空隙の長径の上限は制限されるべきではないが、たとえば10000μmである。 Observation of the cross section of the skeleton can be performed by using an electron microscope. Specifically, it is preferable to obtain the above-mentioned "number of voids" by observing cross sections of the skeleton body in 10 fields of view. The cross section of the skeleton body may be a cross section orthogonal to the longitudinal direction of the skeleton (eg FIG. 2) or a cross section parallel to the longitudinal direction of the skeleton (eg FIG. 1). In the observed image, voids can be distinguished from other portions by color contrast (difference in brightness). The upper limit of the length of the void should not be limited, but is, for example, 10000 μm.

骨格本体の厚みは、5μm以上75μm以下であることが好ましく、5μm以上60μm以下であることがより好ましく、20μm以上60μm以下であることが更に好ましい。ここで「骨格本体の厚み」とは、上記骨格の内部の中空との界面である内壁から骨格の外側の外壁までの最短距離を意味する。複数箇所で求めた値の平均値を「骨格本体の厚み」とする。骨格本体の厚みは、骨格の断面を電子顕微鏡で観察することにより求めることができる。 The thickness of the skeleton body is preferably 5 μm or more and 75 μm or less, more preferably 5 μm or more and 60 μm or less, and even more preferably 20 μm or more and 60 μm or less. Here, the "thickness of the skeleton body" means the shortest distance from the inner wall, which is the interface with the hollow inside the skeleton, to the outer wall outside the skeleton. The average value of the values obtained at multiple locations is defined as the "thickness of the skeleton body". The thickness of the skeleton body can be obtained by observing the cross section of the skeleton with an electron microscope.

骨格本体の厚みは、具体的には以下の方法により求めることができる。まずシート状の多孔体を、骨格本体の断面が現れるように切断する。切断された断面を一つ選択し、これを3000倍の倍率で拡大して電子顕微鏡により観察することにより観察像を得る。次に、上記観察像に現れた1個の骨格を形成する多角形(たとえば、図2の三角形)のうちの任意の1辺の厚みを、その1辺の中央部において測定し、これを骨格本体の厚みとする。さらに、このような測定を10枚(10視野)の観察像に対して行なうことにより、10点の骨格本体の厚みを得る。最後に、これらの平均値を算出することにより、骨格本体の厚みを求めることができる。 Specifically, the thickness of the skeleton body can be obtained by the following method. First, the sheet-like porous body is cut so that the cross section of the skeleton body appears. An observed image is obtained by selecting one cut cross section, enlarging it at a magnification of 3000 and observing it with an electron microscope. Next, the thickness of any one side of the polygon (for example, the triangle in FIG. 2) forming one skeleton appearing in the observation image is measured at the center of the one side, and this is taken as the thickness of the skeleton body. Furthermore, by performing such measurements on 10 observation images (10 fields of view), 10 points of the thickness of the skeleton body are obtained. Finally, by calculating the average value of these, the thickness of the skeleton body can be obtained.

(三次元網目状構造)
多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備える。本実施形態において「三次元網目状構造」とは、立体的な網目状の構造を意味する。三次元網目状構造は、骨格によって形成される。以下、三次元網目状構造について詳細に説明する。
(three-dimensional network structure)
A porous body has a skeleton having a three-dimensional network structure. In the present embodiment, "three-dimensional network structure" means a three-dimensional network structure. A three-dimensional network is formed by the skeleton. The three-dimensional network structure will be described in detail below.

三次元網目状構造30は、図9に示すように、セル部20を基本の単位としており、複数のセル部20が接合することによって形成される。セル部20は、図5Aおよび図5Bに示すように、支柱部1と、複数の支柱部1を繋ぐノード部2とを備える。支柱部1とノード部2とは、便宜上その用語について分けて説明されるが、両者の間に明確な境界はない。すなわち複数の支柱部1と複数のノード部2とが一体となってセル部20が形成され、このセル部20を構成単位として三次元網目状構造30が形成される。以下、理解を容易にするため、図5Aのセル部を図5Bの正十二面体に見立てて説明する。 As shown in FIG. 9, the three-dimensional network structure 30 has the cell portion 20 as a basic unit, and is formed by joining a plurality of cell portions 20 together. As shown in FIGS. 5A and 5B, the cell portion 20 includes a strut portion 1 and a node portion 2 connecting a plurality of strut portions 1 . The strut portion 1 and the node portion 2 are described separately in terms of terms for convenience, but there is no clear boundary between them. That is, a plurality of strut portions 1 and a plurality of node portions 2 are integrated to form a cell portion 20, and a three-dimensional network structure 30 is formed using the cell portion 20 as a structural unit. For ease of understanding, the cell portion of FIG. 5A will be described below assuming the regular dodecahedron of FIG. 5B.

まず支柱部1およびノード部2は、それぞれが複数存在することによって、平面状の多角形構造体であるフレーム部10を形成する。図5Bにおいて、フレーム部10の多角形構造体は正五角形であるが、三角形、四角形、六角形などの正五角形以外の多角形であってもよい。ここでフレーム部10の構造について、複数の支柱部1と複数のノード部2とによって平面多角形状の孔が形成されていると把握することもできる。本実施形態において、平面多角形状の孔の孔径は、フレーム部10によって画定する平面多角形状の孔に外接する円の直径を意味する。フレーム部10は、その複数が組み合わせられることによって、立体状の多面体構造体であるセル部20を形成する。このとき、1個の支柱部1および1個のノード部2は、複数のフレーム部10で共有される。 First, a plurality of supporting columns 1 and node portions 2 form a frame portion 10 which is a planar polygonal structure. In FIG. 5B, the polygonal structure of the frame portion 10 is a regular pentagon, but it may be a polygon other than the regular pentagon such as a triangle, a quadrangle, or a hexagon. Here, regarding the structure of the frame portion 10, it can also be understood that a planar polygonal hole is formed by a plurality of support portions 1 and a plurality of node portions 2. As shown in FIG. In the present embodiment, the hole diameter of the planar polygonal hole means the diameter of a circle circumscribing the planar polygonal hole defined by the frame portion 10 . A plurality of frame portions 10 are combined to form a cell portion 20 which is a three-dimensional polyhedral structure. At this time, one strut portion 1 and one node portion 2 are shared by a plurality of frame portions 10 .

支柱部1は、上述した図2の模式図で示すように、中空の筒形状を有し、断面が三角形であることが好ましいが、これに限定されるべきではない。支柱部1は、断面形状が四角形、六角形などの三角形以外の多角形であってもよい。ノード部2の形状は、頂点を有するようなシャープエッジの形状であってもよいし、当該頂点が面取りされているような平面状であってもよいし、当該頂点にアールが付与されたような曲面状であってもよい。 As shown in the schematic diagram of FIG. 2, the strut 1 preferably has a hollow cylindrical shape with a triangular cross section, but it should not be limited to this. The cross-sectional shape of the supporting column 1 may be a polygon other than a triangle, such as a quadrangle or a hexagon. The shape of the node part 2 may be a sharp-edged shape having a vertex, a planar shape with a chamfered vertex, or a curved surface with a rounded shape at the vertex.

セル部20の多面体構造体は、図5Bにおいて十二面体であるが、立方体、二十面体(図6A)、切頂二十面体(図6B)などの他の多面体であってもよい。ここでセル部20の構造について、複数のフレーム部10のそれぞれによって画定する仮想平面Aによって囲まれた立体状の空間(気孔部14)が形成されていると把握することもできる。本実施形態において、上記立体状の空間の孔径(以下、「気孔径」とも記す。)は、セル部20によって画定する上記立体状の空間に外接する球の直径と把握することができる。ただし、本実施形態における多孔体の平均気孔径は、便宜的に上述した計算式に基づいて算出される。すなわちセル部20によって画定する立体状の空間の孔径(気孔径)の平均値は、上記骨格の平均気孔径であるとみなす。 The polyhedral structure of cell portion 20 is dodecahedron in FIG. 5B, but may be other polyhedrons such as cube, icosahedron (FIG. 6A), truncated icosahedron (FIG. 6B). Here, regarding the structure of the cell portion 20, it can also be understood that a three-dimensional space (pore portion 14) surrounded by a virtual plane A defined by each of the plurality of frame portions 10 is formed. In the present embodiment, the pore diameter (hereinafter also referred to as “pore diameter”) of the three-dimensional space can be grasped as the diameter of a sphere circumscribing the three-dimensional space defined by the cell portion 20 . However, the average pore diameter of the porous body in this embodiment is calculated based on the above-described formula for convenience. That is, the average value of the pore diameters (pore diameters) of the three-dimensional spaces defined by the cell portions 20 is regarded as the average pore diameter of the skeleton.

セル部20は、これが複数組み合わせられることによって三次元網目状構造30を形成する(図7~図9)。このとき、フレーム部10は2つのセル部20で共有されている。三次元網目状構造30は、フレーム部10を備えると把握することもできるし、セル部20を備えると把握することもできる。 A plurality of cell portions 20 are combined to form a three-dimensional network structure 30 (FIGS. 7 to 9). At this time, the frame section 10 is shared by the two cell sections 20 . The three-dimensional network structure 30 can be grasped as comprising the frame portion 10 or can be grasped as comprising the cell portion 20 .

多孔体は、上述したように平面多角形状の孔(フレーム部)と立体状の空間(セル部)とを形成する三次元網目状構造を有している。このため平面状の孔のみを有する二次元網目状構造体(たとえばパンチングメタル、メッシュなど)と明確に区別することができる。さらに多孔体は、複数の支柱部と複数のノード部とが一体となって三次元網目状構造を形成しているため、構成単位である繊維同士が絡み合わされて形成された不織布などのような構造体と明確に区別することができる。多孔体は、このような三次元網目状構造を有することから、連通気孔を有することができる。 As described above, the porous body has a three-dimensional network structure in which planar polygonal holes (frame portions) and three-dimensional spaces (cell portions) are formed. Therefore, it can be clearly distinguished from a two-dimensional network structure (for example, punching metal, mesh, etc.) having only planar holes. Furthermore, since the porous body forms a three-dimensional network structure by integrating a plurality of struts and a plurality of node parts, it can be clearly distinguished from a structure such as a nonwoven fabric formed by entangling fibers that are structural units. Since the porous body has such a three-dimensional network structure, it can have interconnected pores.

本実施形態において三次元網目状構造は、上述の構造に限定されない。たとえばセル部は、その大きさおよび平面的形状がそれぞれ異なる複数のフレーム部によって形成されていてもよい。さらに三次元網目状構造は、その大きさおよび立体的形状がそれぞれ異なる複数のセル部によって形成されていてもよい。三次元網目状構造は、平面多角形状の孔が形成されていないフレーム部を一部に含んでいてもよいし、立体状の空間が形成されていないセル部(内部が中実であるセル部)を一部に含んでいてもよい。 In this embodiment, the three-dimensional network structure is not limited to the structure described above. For example, the cell portion may be formed by a plurality of frame portions each having a different size and planar shape. Furthermore, the three-dimensional network structure may be formed by a plurality of cell portions each having a different size and three-dimensional shape. The three-dimensional network structure may partially include a frame portion in which planar polygonal holes are not formed, or partially include a cell portion in which a three-dimensional space is not formed (a cell portion having a solid interior).

(ニッケルおよびコバルト)
骨格本体における結晶粒は、上述のとおりニッケルとコバルトとを構成元素として含む。骨格本体における結晶粒は、本開示の多孔体が有する作用効果に影響を与えない限り、ニッケル及びコバルト以外の他の成分を含むことを除外するものではない。本実施形態の一側面において、骨格本体における結晶粒は、金属成分として上記の2成分(ニッケル及びコバルト)からなることが好ましい。具体的には、骨格本体における結晶粒は、ニッケルおよびコバルトからなるニッケル-コバルト合金を含むことが好ましい。ニッケル-コバルト合金は、骨格本体における結晶粒の主成分であることが好ましい。ここで上記結晶粒における「主成分」とは、上記結晶粒において占める質量割合が最も多い成分をいう。より具体的には、上記結晶粒における質量割合が50質量%を超える成分をいう。
本実施形態の一側面において、本開示の多孔体が有する作用効果に影響を与えない限り、上記骨格本体は、ニッケルを構成元素として含みかつコバルトを構成元素として含まない結晶粒、又はコバルトを構成元素として含みかつニッケルを構成元素として含まない結晶粒を含んでいてもよい。
(nickel and cobalt)
The crystal grains in the skeleton body contain nickel and cobalt as constituent elements as described above. It is not excluded that the crystal grains in the skeleton main body contain components other than nickel and cobalt as long as they do not affect the functions and effects of the porous body of the present disclosure. In one aspect of the present embodiment, the crystal grains in the skeleton body preferably consist of the above two components (nickel and cobalt) as metal components. Specifically, the grains in the skeleton body preferably contain a nickel-cobalt alloy composed of nickel and cobalt. The nickel-cobalt alloy is preferably the main component of the grains in the framework body. Here, the “main component” in the crystal grains means the component that accounts for the largest mass ratio in the crystal grains. More specifically, it refers to a component whose mass ratio in the crystal grains exceeds 50% by mass.
In one aspect of the present embodiment, the skeleton main body may contain crystal grains containing nickel as a constituent element and not containing cobalt as a constituent element, or crystal grains containing cobalt as a constituent element and not containing nickel as a constituent element, as long as the functions and effects of the porous body of the present disclosure are not affected.

上記結晶粒におけるニッケルの質量とコバルトの質量との合計の割合は、たとえば多孔体をSOFCの空気極用集電体または水素極用集電体として用いる前の状態、すなわち多孔体を700℃以上の高温に曝す前の状態において、上記結晶粒全体の質量に対して、80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることが更に好ましい。ニッケルの質量とコバルト質量との合計の割合の上限は、上記結晶粒全体の質量に対して、100質量%未満であってもよいし、99質量%以下であってもよいし、95質量%以下であってもよい。 The total mass ratio of nickel and cobalt in the crystal grains is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and even more preferably 95% by mass or more, with respect to the mass of the entire crystal grains before the porous body is used as a current collector for an air electrode or a current collector for a hydrogen electrode of an SOFC, that is, before the porous body is exposed to a high temperature of 700° C. or higher. The upper limit of the total ratio of the mass of nickel and the mass of cobalt may be less than 100% by mass, 99% by mass or less, or 95% by mass or less with respect to the mass of the entire crystal grain.

ニッケルおよびコバルトは、これらの質量の合計の割合が高いほど、多孔体をSOFCの空気極用集電体および水素極用集電体などに用いた場合、生成される酸化物がニッケルおよびコバルトの少なくとも一方と酸素とからなるスピネル型酸化物となる割合が高まる傾向がある。これにより多孔体は、高温環境下で使用された場合にも高い導電性を維持することができる。 As the total mass ratio of nickel and cobalt is higher, when the porous body is used as a current collector for an air electrode and a current collector for a hydrogen electrode of an SOFC, the produced oxide tends to be a spinel oxide composed of at least one of nickel and cobalt and oxygen. Thereby, the porous body can maintain high conductivity even when used in a high-temperature environment.

(ニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量割合)
コバルトの質量割合は、ニッケルおよびコバルトの合計質量に対して、0.2以上0.8以下である。このような組成を有する骨格を備える多孔体をSOFCの空気極用集電体または水素極用集電体などに用いた場合、酸化によってNi3-xCo(ただし、0.6≦x≦2.4)、典型的にはNiCoまたはNiCoOの化学式で示されるスピネル型酸化物が骨格中に生成される。骨格本体の酸化によりCoCoの化学式で示されるスピネル型酸化物が生成される場合もある。スピネル型酸化物は、高い導電性を示し、もって多孔体は、高温環境下での使用によって骨格本体の全体が酸化された場合にも高い導電性を維持することができる。
(Mass ratio of cobalt to total mass of nickel and cobalt)
The mass ratio of cobalt is 0.2 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of nickel and cobalt. When a porous body having a skeleton having such a composition is used as a current collector for an SOFC air electrode or a current collector for a hydrogen electrode, a spinel-type oxide represented by the chemical formula Ni 3-x Co x O 4 (where 0.6≦x≦2.4), typically NiCo 2 O 4 or Ni 2 CoO 4 , is produced in the skeleton by oxidation. Oxidation of the framework may sometimes produce a spinel-type oxide represented by the chemical formula CoCo 2 O 4 . Spinel-type oxides exhibit high electrical conductivity, so that the porous body can maintain high electrical conductivity even when the entire skeleton body is oxidized due to use in a high-temperature environment.

上記コバルトの質量割合は、ニッケルおよびコバルトの合計質量に対して、0.2以上0.45以下又は、0.6以上0.8以下であることが好ましく、0.2以上0.45以下であることがより好ましく、0.25以上0.4以下であることが更に好ましい。上記骨格の本体において、ニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量割合が0.6以上0.8以下である場合、上記多孔体は強度が更に高く、SOFCのスタック化時に変形したとしても骨格の本体に割れが更に起きにくい傾向がある。また、上記骨格の本体において、ニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量割合が0.2以上0.45以下である場合、当該多孔体を空気極用集電体または水素極用集電体として燃料電池を製造しても、燃料電池の構成部材である固体電解質が割れにくい傾向がある。 The mass ratio of cobalt to the total mass of nickel and cobalt is preferably 0.2 or more and 0.45 or less, or 0.6 or more and 0.8 or less, more preferably 0.2 or more and 0.45 or less, and 0.25 or more and 0.4 or less. When the mass ratio of cobalt to the total mass of nickel and cobalt in the main body of the skeleton is 0.6 or more and 0.8 or less, the porous body has a higher strength, and even if it is deformed during SOFC stacking, the main body of the skeleton tends to be more difficult to crack. In addition, when the mass ratio of cobalt to the total mass of nickel and cobalt in the main body of the skeleton is 0.2 or more and 0.45 or less, even if a fuel cell is manufactured using the porous body as a current collector for an air electrode or a current collector for a hydrogen electrode, the solid electrolyte, which is a constituent member of the fuel cell, tends to be difficult to crack.

(酸素)
骨格の本体は、酸素を構成元素としてさらに含むことが好ましい。具体的には、酸素は、上記骨格の本体において0.1質量%以上35質量%以下含まれることがより好ましい。本実施形態の一側面において、骨格の本体は、上記結晶粒において酸素を構成元素としてさらに含むことがより好ましい。骨格本体中の酸素は、たとえば多孔体をSOFCの空気極用集電体または水素極用集電体として用いた前の状態で含まれていてもよい。本実施形態の一側面において、骨格本体中の酸素は、たとえば多孔体をSOFCの空気極用集電体または水素極用集電体として用いた後に検出され得る。すなわち多孔体を700℃以上の高温に曝した後の状態で、酸素は、上記骨格の本体において0.1質量%以上35質量%以下含まれることが好ましい。酸素は、上記骨格の本体において10質量%以上30質量%以下含まれることがより好ましく、25質量%以上28質量%以下含まれることがさらに好ましい。
(oxygen)
The main body of the skeleton preferably further contains oxygen as a constituent element. Specifically, oxygen is more preferably contained in the main body of the skeleton in an amount of 0.1% by mass or more and 35% by mass or less. In one aspect of the present embodiment, the main body of the skeleton more preferably contains oxygen as a constituent element in the crystal grains. Oxygen in the skeleton body may be contained, for example, in a state before the porous body is used as an SOFC air electrode current collector or a hydrogen electrode current collector. In one aspect of the present embodiment, oxygen in the skeleton body can be detected, for example, after the porous body is used as a current collector for an air electrode or a current collector for a hydrogen electrode of an SOFC. That is, in the state after the porous body is exposed to a high temperature of 700° C. or higher, the main body of the skeleton preferably contains 0.1% by mass or more and 35% by mass or less of oxygen. The oxygen content in the main body of the skeleton is more preferably 10% by mass or more and 30% by mass or less, and more preferably 25% by mass or more and 28% by mass or less.

上記骨格の本体において構成元素として酸素が0.1質量%以上35質量%以下含まれる場合、多孔体が700℃以上の高温に曝されたという熱履歴を伺い知ることができる。さらに、多孔体がSOFCの空気極用集電体または水素極用集電体などに用いられることにより700℃以上の高温に曝され、骨格中にニッケルおよびコバルトの少なくとも一方、ならびに酸素からなるスピネル型酸化物が生成された場合、上記骨格の本体には、酸素が構成元素として0.1質量%以上35質量%以下含まれる傾向がある。 When the main body of the skeleton contains 0.1% by mass or more and 35% by mass or less of oxygen as a constituent element, it can be seen from the thermal history that the porous body was exposed to a high temperature of 700° C. or higher. Furthermore, when the porous body is used as a current collector for an air electrode or a current collector for a hydrogen electrode of an SOFC, and is exposed to a high temperature of 700° C. or more, and a spinel oxide composed of at least one of nickel and cobalt and oxygen is generated in the skeleton, the main body of the skeleton tends to contain 0.1% by mass or more and 35% by mass or less of oxygen as a constituent element.

すなわち骨格の本体は、スピネル型酸化物を含むことが好ましい。本実施形態の一側面において、骨格の本体は、上記結晶粒においてスピネル型酸化物を含むことがより好ましい。これにより多孔体は、酸化された場合にも高い導電性をより効果的に維持することができる。上記骨格の本体において酸素の質量割合が上述の範囲を外れる場合、多孔体は、酸化された場合において高い導電性をより効果的に維持する性能が、所望のとおりに得られない傾向がある。 That is, the main body of the skeleton preferably contains a spinel-type oxide. In one aspect of this embodiment, the main body of the framework more preferably contains a spinel-type oxide in the crystal grains. As a result, the porous body can more effectively maintain high conductivity even when oxidized. If the mass ratio of oxygen in the main body of the skeleton is out of the above range, the porous body tends not to have the desired performance of more effectively maintaining high conductivity when oxidized.

(第3の成分)
骨格の本体は、本開示の多孔体が有する作用効果に影響を与えない限り、上述のように第3の成分を構成元素として含むことができる。骨格の本体は、第3の成分としてたとえば、ケイ素、カルシウム、カリウム、マグネシウム、炭素、スズ、アルミニウム、ナトリウム、鉄、タングステン、チタン、リン、ホウ素、銀、金、銅、亜鉛、クロム、モリブデン、窒素、硫黄、フッ素、及び塩素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を構成元素としてさらに含んでいてもよい。本実施形態の一側面において、骨格の本体は、上記結晶粒において上記第3の成分として挙げられている少なくとも1種の元素を構成元素としてさらに含んでいてもよい。これらの成分は、たとえば後述する製造方法において混入が不可避となる不可避不純物として含まれる場合がある。たとえば不可避不純物の一例として、後述の導電化処理により形成される導電被覆層に含まれる元素などを挙げることができる。骨格本体中において第3の成分は、これら単独で5質量%以下であることが好ましく、2種以上を含む場合は、その合計で10質量%以下であることが好ましい。上記第3の成分それぞれの質量割合は、後述するEDX装置(エネルギー分散型X線分析装置)で求めることが可能である。
(third component)
The main body of the skeleton can contain the third component as a constituent element as described above, as long as it does not affect the functions and effects of the porous body of the present disclosure. The main body of the skeleton may further contain at least one element selected from the group consisting of silicon, calcium, potassium, magnesium, carbon, tin, aluminum, sodium, iron, tungsten, titanium, phosphorus, boron, silver, gold, copper, zinc, chromium, molybdenum, nitrogen, sulfur, fluorine, and chlorine as a constituent element as a third component. In one aspect of the present embodiment, the main body of the skeleton may further contain at least one element listed as the third component in the crystal grain as a constituent element. These components may be included as unavoidable impurities that are unavoidable to be mixed in, for example, the manufacturing method described later. For example, one example of unavoidable impurities is an element contained in a conductive coating layer formed by a conductive treatment, which will be described later. The content of the third component in the skeleton body is preferably 5% by mass or less by itself, and when two or more components are included, the total content is preferably 10% by mass or less. The mass ratio of each of the third components can be determined by an EDX apparatus (energy dispersive X-ray spectrometer), which will be described later.

本実施形態の一側面において、上記骨格の本体は、窒素、硫黄、フッ素、及び塩素からなる群より選ばれる少なくとも1つの非金属元素を構成元素として更に含んでいてもよい。本実施形態の一側面において、骨格の本体は、上記結晶粒において上記非金属元素を構成元素として更に含んでいてもよい。上記非金属元素は、その質量の合計の割合が上記骨格の本体の質量に対して5ppm以上10000ppm以下であってもよい。好ましくは、上記非金属元素はその質量の合計の割合が上記骨格の本体の質量に対して10ppm以上8000ppm以下である。 In one aspect of the present embodiment, the main body of the skeleton may further contain at least one nonmetallic element selected from the group consisting of nitrogen, sulfur, fluorine, and chlorine as a constituent element. In one aspect of the present embodiment, the main body of the skeleton may further contain the nonmetallic element as a constituent element in the crystal grains. The nonmetallic elements may have a total mass ratio of 5 ppm or more and 10000 ppm or less with respect to the mass of the main body of the skeleton. Preferably, the ratio of the total mass of the nonmetallic elements is 10 ppm or more and 8000 ppm or less with respect to the mass of the main body of the skeleton.

また、上記骨格の本体は、リンを構成元素として更に含んでいてもよい。本実施形態の一側面において、骨格の本体は、上記結晶粒においてリンを構成元素として更に含んでいてもよい。このとき、リンの質量割合は、上記骨格の本体の質量に対して5ppm以上50000ppm以下であってもよい。好ましくは、上記リンの質量割合は、上記骨格の本体の質量に対して10ppm以上40000ppm以下である。 In addition, the main body of the skeleton may further contain phosphorus as a constituent element. In one aspect of the present embodiment, the main body of the skeleton may further contain phosphorus as a constituent element in the crystal grains. At this time, the mass ratio of phosphorus may be 5 ppm or more and 50000 ppm or less with respect to the mass of the main body of the skeleton. Preferably, the mass ratio of phosphorus is 10 ppm or more and 40000 ppm or less with respect to the mass of the main body of the skeleton.

本実施形態の他の一側面において、上記骨格の本体は、窒素、硫黄、フッ素、塩素、及びリンからなる群より選ばれる少なくとも2つの非金属元素を構成元素として更に含んでいてもよい。本実施形態の一側面において、骨格の本体は、上記結晶粒において上述の少なくとも2つの非金属元素を構成元素として更に含んでいてもよい。上記非金属元素は、その質量の合計の割合が上記骨格の本体の質量に対して5ppm以上50000ppm以下であってもよい。好ましくは、上記非金属元素は、その質量の合計の割合が上記骨格の本体の質量に対して10ppm以上10000ppm以下である。 In another aspect of the present embodiment, the main body of the skeleton may further contain at least two nonmetallic elements selected from the group consisting of nitrogen, sulfur, fluorine, chlorine, and phosphorus as constituent elements. In one aspect of the present embodiment, the main body of the skeleton may further contain at least two of the above-described nonmetallic elements as constituent elements in the crystal grains. The nonmetallic elements may have a total mass ratio of 5 ppm or more and 50000 ppm or less with respect to the mass of the main body of the skeleton. Preferably, the ratio of the total mass of the nonmetallic elements is 10 ppm or more and 10000 ppm or less with respect to the mass of the main body of the skeleton.

上記多孔体を燃料電池の空気極用集電体または水素極用集電体として用いた場合、上述のように700℃以上の高温環境に曝されるが、上記骨格の本体が上述の非金属元素を構成元素として含んでいることにより、適度な強度を維持することができる。 When the porous body is used as a current collector for an air electrode or a current collector for a hydrogen electrode of a fuel cell, it is exposed to a high-temperature environment of 700° C. or more as described above, but since the main body of the skeleton contains the above-described non-metallic element as a constituent element, an appropriate strength can be maintained.

(各元素の質量割合の測定方法)
骨格の本体における各元素の質量割合(質量%)については、切断された骨格の断面の観察像(電子顕微鏡像)に対し、電子顕微鏡(SEM)に付帯のEDX装置(たとえばSEM部分:商品名「SUPRA35VP」、カールツァイスマイクロスコピー株式会社製、EDX部分:商品名「octane super」、アメテック株式会社製)を用いて分析することにより求めることができる。上記EDX装置により、骨格本体の結晶粒におけるニッケル、コバルトの質量割合を求めることも可能である。具体的には、上記EDX装置により検出された各元素の原子濃度に基づいて、骨格本体の結晶粒におけるニッケル、コバルトの質量%、質量比などをそれぞれ求めることができる。骨格の本体に酸素が含まれる場合には、骨格本体における酸素の質量%も同様の方法で求めることができる。さらに、上記骨格の本体がニッケルおよびコバルトの少なくとも一方、ならびに酸素からなるスピネル型酸化物を有するか否かについては、上記断面に対してX線を照射し、その回折パターンを解析するX線回折(XRD)法を用いることによって特定することができる。
(Measuring method of mass ratio of each element)
The mass ratio (% by mass) of each element in the main body of the skeleton can be obtained by analyzing an observation image (electron microscope image) of a cross section of the cut skeleton using an EDX apparatus attached to an electron microscope (SEM) (for example, SEM part: trade name "SUPRA35VP", manufactured by Carl Zeiss Microscopy Co., Ltd., EDX part: trade name "octane super", manufactured by AMETEC Co., Ltd.). It is also possible to determine the mass ratio of nickel and cobalt in the crystal grains of the skeleton body by the EDX apparatus. Specifically, based on the atomic concentration of each element detected by the EDX apparatus, the mass % and mass ratio of nickel and cobalt in the crystal grains of the skeleton body can be obtained. When oxygen is contained in the main body of the skeleton, the mass % of oxygen in the main body of the skeleton can also be determined by the same method. Further, whether or not the main body of the skeleton has at least one of nickel and cobalt, and a spinel-type oxide composed of oxygen can be identified by using an X-ray diffraction (XRD) method of irradiating the cross section with X-rays and analyzing the diffraction pattern.

上記骨格の本体がスピネル型酸化物を有するか否かを特定する測定装置については、たとえばX線回折装置(たとえば商品名(型番):「Empyrean」、スペクトリス株式会社製、解析ソフト:「統合粉末X線解析ソフトウェアPDXL」)を用いることができる。測定条件は、たとえば次のとおりとすればよい。 As a measuring device for determining whether the main body of the skeleton has a spinel-type oxide, for example, an X-ray diffraction device (for example, product name (model number): “Empyrean”, Spectris Co., Ltd., analysis software: “integrated powder X-ray analysis software PDXL”) can be used. Measurement conditions may be, for example, as follows.

(測定条件)
X線回折法: θ-2θ法
測定系: 平行ビーム光学系ミラー
スキャン範囲(2θ): 10~90°
積算時間: 1秒/ステップ
ステップ: 0.03°。
(Measurement condition)
X-ray diffraction method: θ-2θ method Measurement system: Parallel beam optical system mirror Scanning range (2θ): 10 to 90°
Cumulative time: 1 sec/step Step: 0.03°.

≪燃料電池≫
本実施形態に係る燃料電池は、空気極用集電体および水素極用集電体を備える燃料電池である。上記空気極用集電体および上記水素極用集電体からなる群より選ばれる少なくとも一方は、上記の多孔体を含む。上記空気極用集電体または水素極用集電体は、上述のように燃料電池用の集電体として適度な強度を有する多孔体を含む。そのため上記空気極用集電体または水素極用集電体は、SOFCの空気極用集電体またはSOFCの水素極用集電体として好適である。上記燃料電池は、多孔体がニッケルとコバルトとを含む結晶粒を含むため、上記多孔体を空気極用集電体として用いることがより好適である。
≪Fuel cell≫
The fuel cell according to this embodiment is a fuel cell that includes an air electrode current collector and a hydrogen electrode current collector. At least one selected from the group consisting of the air electrode current collector and the hydrogen electrode current collector includes the porous body. The air electrode current collector or the hydrogen electrode current collector includes a porous body having an appropriate strength as a fuel cell current collector, as described above. Therefore, the current collector for the air electrode or the current collector for the hydrogen electrode is suitable as the current collector for the air electrode of the SOFC or the current collector for the hydrogen electrode of the SOFC. In the fuel cell, since the porous body contains crystal grains containing nickel and cobalt, it is more preferable to use the porous body as the current collector for the air electrode.

図10は、本開示の一態様に係る燃料電池を示す模式断面図である。燃料電池150は、水素極用集電体110と、空気極用集電体120と、燃料電池用セル100とを備える。上記燃料電池用セル100は、上記水素極用集電体110と、上記空気極用集電体120との間に設けられている。ここで「水素極用集電体」とは、燃料電池において水素を供給する側の集電体を意味する。「空気極用集電体」とは、燃料電池において酸素を含むガス(例えば、空気)を供給する側の集電体を意味する。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell according to one aspect of the present disclosure. The fuel cell 150 includes a hydrogen electrode current collector 110 , an air electrode current collector 120 , and a fuel cell 100 . The fuel cell 100 is provided between the hydrogen electrode current collector 110 and the air electrode current collector 120 . Here, the "hydrogen electrode current collector" means a current collector that supplies hydrogen in the fuel cell. The term "air electrode current collector" means a current collector on the side of supplying gas containing oxygen (for example, air) in a fuel cell.

図11は、本開示の一態様に係る燃料電池用セルを示す模式断面図である。上記燃料電池用セル100は、空気極102と、水素極108と、上記空気極102と上記水素極108との間に設けられている電解質層106と、上記電解質層106と上記空気極102との反応を防ぐため、それらの間に設けられる中間層104とを備える。空気極としては、例えば、LaSrCoの酸化物(LSC)が用いられる。電解質層としては、例えば、YがドープされたZrの酸化物(YSZ)が用いられる。中間層としては、例えば、GdがドープされたCeの酸化物(GDC)が用いられる。水素極としては、例えば、YSZとNiOとの混合体が用いられる。FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a fuel cell according to one aspect of the present disclosure. The fuel cell 100 includes an air electrode 102, a hydrogen electrode 108, an electrolyte layer 106 provided between the air electrode 102 and the hydrogen electrode 108, and an intermediate layer 104 provided therebetween to prevent reaction between the electrolyte layer 106 and the air electrode 102. As the air electrode, for example, LaSrCo oxide (LSC) is used. As the electrolyte layer, for example, Y-doped Zr oxide (YSZ) is used. As the intermediate layer, for example, Gd-doped Ce oxide (GDC) is used. As the hydrogen electrode, for example, a mixture of YSZ and NiO 2 is used.

上記燃料電池150は、燃料流路114を有する第一インターコネクタ112と、酸化剤流路124を有する第二インターコネクタ122とを更に備える。燃料流路114は、水素極108に燃料(例えば、水素)を供給するための流路である。燃料流路114は、第一インターコネクタ112における主面であって水素極用集電体110と向かい合っている主面に設けられている。酸化剤流路124は、空気極102に酸化剤(例えば、酸素)を供給するための流路である。酸化剤流路124は、第二インターコネクタ122における主面であって空気極用集電体120と向かい合っている主面に設けられている。 The fuel cell 150 further comprises a first interconnector 112 having a fuel channel 114 and a second interconnector 122 having an oxidant channel 124 . The fuel channel 114 is a channel for supplying fuel (eg, hydrogen) to the hydrogen electrode 108 . The fuel channel 114 is provided on the main surface of the first interconnector 112 facing the hydrogen electrode current collector 110 . The oxidant channel 124 is a channel for supplying an oxidant (for example, oxygen) to the air electrode 102 . The oxidant channel 124 is provided on the main surface of the second interconnector 122 facing the air electrode current collector 120 .

さらに、上記燃料電池150は、空気極用集電体120及び燃料電池用セル100それぞれの側面において、第一インターコネクタ112と第二インターコネクタ122との間に、第一スペーサー130と第二スペーサー131とが配置されている(図12)。上記第一スペーサー130及び上記第二スペーサー131が配置されていることで、酸化剤流路124に供給された空気等が燃料電池150の外部に漏れることを防止している。 Further, in the fuel cell 150, a first spacer 130 and a second spacer 131 are arranged between the first interconnector 112 and the second interconnector 122 on the sides of the air electrode current collector 120 and the fuel cell 100 (FIG. 12). By arranging the first spacer 130 and the second spacer 131 , the air or the like supplied to the oxidant channel 124 is prevented from leaking to the outside of the fuel cell 150 .

以上、本開示に係る多孔体について説明した。上述の構成を備える本開示の多孔体は、適度な強度、特に適度な展性を有する。 The porous body according to the present disclosure has been described above. The porous body of the present disclosure having the above configuration has moderate strength, particularly moderate malleability.

通常、燃料電池150を製造する際には、まず各部材を所定の位置となるように積み重ねてから第一インターコネクタ112及び第二インターコネクタ122を互いに向き合う方向に押し込むことで気密性を維持している。このとき、空気極用集電体120は、第一スペーサー130の厚みよりも少し厚いものを準備して燃料電池150を製造する。第一インターコネクタ112及び第二インターコネクタ122を押し込む際に上記空気極用集電体120が第一スペーサー130の厚みにまで押しつぶされるため、上述の気密性を維持しつつ、第一インターコネクタ112及び燃料電池用セル100に対する空気極用集電体120の接触性を担保することができる。 Normally, when manufacturing the fuel cell 150, the members are first stacked in a predetermined position, and then the first interconnector 112 and the second interconnector 122 are pushed in directions facing each other to maintain airtightness. At this time, the air electrode current collector 120 is prepared to be slightly thicker than the thickness of the first spacer 130 to manufacture the fuel cell 150 . Since the air electrode current collector 120 is crushed to the thickness of the first spacer 130 when the first interconnector 112 and the second interconnector 122 are pushed in, the contactability of the air electrode current collector 120 with the first interconnector 112 and the fuel cell 100 can be ensured while maintaining the airtightness described above.

これに対し、従来の多孔体は硬すぎるため、この多孔体を空気極用集電体として用いて燃料電池を製造した場合、空気極用集電体120が第一スペーサー130の厚みまで押しつぶされて変形することが困難であった。そのため、第二インターコネクタ122と第一スペーサー130との間の気密性及び第一スペーサー130と第二スペーサー131との間の気密性が十分担保されず、改善の余地があった(例えば、図13)。本開示に係る多孔体は、適度な展性を有するため、当該多孔体を空気極用集電体として用いて燃料電池を製造した場合、例えば、第一スペーサー130の厚みまで柔軟に変形する。そのため第二インターコネクタ122と第一スペーサー130との間の気密性及び第一スペーサー130と第二スペーサー131との間の気密性が保たれており、空気等のガスのリークが起こらない(例えば、図12)。その結果、燃料電池の出力性能が優れたものになる。 On the other hand, since a conventional porous body is too hard, when a fuel cell is manufactured using this porous body as an air electrode current collector, it is difficult for the air electrode current collector 120 to be crushed to the thickness of the first spacer 130 and deformed. Therefore, the airtightness between the second interconnector 122 and the first spacer 130 and the airtightness between the first spacer 130 and the second spacer 131 are not sufficiently ensured, leaving room for improvement (eg, FIG. 13). Since the porous body according to the present disclosure has moderate malleability, when a fuel cell is manufactured using the porous body as a current collector for an air electrode, the porous body deforms flexibly to the thickness of the first spacer 130, for example. Therefore, the airtightness between the second interconnector 122 and the first spacer 130 and the airtightness between the first spacer 130 and the second spacer 131 are maintained, and gas such as air does not leak (eg, FIG. 12). As a result, the output performance of the fuel cell is excellent.

≪多孔体の製造方法≫
本実施形態に係る多孔体の製造方法は、
三次元網目状構造を有する樹脂成形体に導電被覆層を形成することにより導電性樹脂成形体を得る工程(第1工程)と、
上記導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金めっきを行なうことにより多孔体の第一前駆体を得る工程(第2工程)と、
上記第一前駆体に対して熱処理を行なって、導電性樹脂成形体中の樹脂成分を焼却し、これを除去することにより多孔体の第二前駆体を得る工程(第3工程)と、
還元雰囲気下で上記第二前駆体に対して熱処理を更に行うことにより多孔体を得る工程(第4工程)とを含む。ここで、本実施形態において「ニッケル-コバルト合金」とは、ニッケル及びコバルトを主成分とする合金であって、他の元素を含みうる合金(例えば、ニッケル及びコバルトを主成分とし、かつ上記第3の成分の元素を含む合金)を意味する。
<<Manufacturing method of porous body>>
The method for producing a porous body according to this embodiment includes:
A step of obtaining a conductive resin molded body by forming a conductive coating layer on a resin molded body having a three-dimensional network structure (first step);
a step of obtaining a first precursor of a porous body by plating the conductive resin molded body with a nickel-cobalt alloy (second step);
a step of heat-treating the first precursor to incinerate the resin component in the conductive resin molded body and removing it to obtain a porous second precursor (third step);
a step of obtaining a porous body by further subjecting the second precursor to heat treatment in a reducing atmosphere (fourth step). Here, the "nickel-cobalt alloy" in the present embodiment means an alloy containing nickel and cobalt as main components and may contain other elements (for example, an alloy containing nickel and cobalt as main components and containing the third component element).

<第1工程>
まず、三次元網目状構造を有する樹脂成形体(以下、単に「樹脂成形体」とも記す。)のシートを準備する。樹脂成形体としてポリウレタン樹脂、メラミン樹脂などを用いることができる。さらに、樹脂成形体に導電性を付与する導電化処理として、樹脂成形体の表面に導電被覆層を形成する。この導電化処理としては、たとえば以下の方法を挙げることができる。
(1)カーボン、導電性セラミックなどの導電性粒子およびバインダーを含有した導電性塗料を塗布、含浸などの手段により樹脂成形体の表面に含ませること、
(2)無電解めっき法によってニッケルおよび銅などの導電性金属による層を樹脂成形体の表面に形成すること、
(3)蒸着法またはスパッタリング法によって導電性金属による層を樹脂成形体の表面に形成すること。これにより、導電性樹脂成形体を得ることができる。
<First step>
First, a sheet of a resin molded body having a three-dimensional network structure (hereinafter also simply referred to as "resin molded body") is prepared. A polyurethane resin, a melamine resin, or the like can be used as the resin molding. Furthermore, a conductive coating layer is formed on the surface of the resin molded body as a conductive treatment for imparting conductivity to the resin molded body. Examples of the conductive treatment include the following methods.
(1) A conductive paint containing conductive particles such as carbon and conductive ceramics and a binder is applied to the surface of the resin molding by means of coating or impregnation,
(2) forming a layer of a conductive metal such as nickel and copper on the surface of the resin molding by electroless plating;
(3) Forming a layer of conductive metal on the surface of the resin molding by vapor deposition or sputtering. Thereby, a conductive resin molding can be obtained.

<第2工程>
次に、上記導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金めっきを行なうことにより多孔体の第一前駆体を得る。ニッケル-コバルト合金めっきの方法は、無電解めっきを適用することもできるが、効率の観点から電解めっき(所謂、合金の電気めっき)を用いることが好ましい。ニッケル-コバルト合金の電解めっきでは、導電性樹脂成形体をカソードとして用いる。
<Second step>
Next, nickel-cobalt alloy plating is performed on the conductive resin compact to obtain a first precursor of the porous body. Although electroless plating can be applied to the nickel-cobalt alloy plating method, it is preferable to use electrolytic plating (so-called alloy electroplating) from the viewpoint of efficiency. Electroplating of a nickel-cobalt alloy uses a conductive resin molded body as a cathode.

ニッケル-コバルト合金の電解めっきに用いるめっき浴としては、公知のものを使用することができる。たとえばワット浴、塩化浴、スルファミン酸浴などを用いることができる。ニッケル-コバルト合金の電解めっきの浴組成は、たとえば以下の例を挙げることができる。 A known plating bath can be used for electrolytic plating of a nickel-cobalt alloy. For example, Watts bath, chloride bath, sulfamic acid bath, etc. can be used. Examples of bath compositions for electrolytic plating of nickel-cobalt alloys are given below.

(浴組成)
塩(水溶液): スルファミン酸ニッケルおよびスルファミン酸コバルト(NiおよびCoの合計量として350~450g/L)
ただし、Ni及びCoそれぞれの質量比については、所望するNiおよびCoの合計質量に対するCoの質量割合により、Co/(Ni+Co)=0.2~0.8から調整する。
ホウ酸: 30~40g/L
pH: 4~4.5。
(Bath composition)
Salt (aqueous solution): nickel sulfamate and cobalt sulfamate (350-450 g/L as the total amount of Ni and Co)
However, the mass ratio of Ni and Co is adjusted from Co/(Ni+Co)=0.2 to 0.8 according to the desired mass ratio of Co to the total mass of Ni and Co.
Boric acid: 30-40g/L
pH: 4-4.5.

ニッケル-コバルト合金の電解めっきの電解条件は、たとえば以下の例を挙げることができる。
(電解条件)
温度: 40~60℃
電流密度: 0.5~10A/dm
アノード: 不溶性陽極。
Electrolytic conditions for electrolytic plating of a nickel-cobalt alloy include, for example, the following examples.
(Electrolysis conditions)
Temperature: 40-60°C
Current density: 0.5-10A/ dm2
Anode: Insoluble anode.

以上により、導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金がめっきされた多孔体の第一前駆体を得ることができる。また、窒素、硫黄、フッ素、塩素、リンといった非金属元素を添加する場合は、めっき浴中に各種添加物を投入することで、上記第一前駆体中に含有させることができる。各種添加物の例として、硝酸ナトリウム、硫酸ナトリウム、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、リン酸ナトリウムが挙げられるが、必ずしもこれらに限定されるものではなく、各非金属元素が含まれていればよい。 As described above, it is possible to obtain the first precursor of the porous body in which the nickel-cobalt alloy is plated on the conductive resin molded body. When adding non-metallic elements such as nitrogen, sulfur, fluorine, chlorine, and phosphorus, they can be included in the first precursor by adding various additives to the plating bath. Examples of various additives include sodium nitrate, sodium sulfate, sodium fluoride, sodium chloride, and sodium phosphate, but are not necessarily limited to these, as long as each nonmetallic element is included.

<第3工程>
続いて、上記第一前駆体に対して熱処理を行なって、導電性樹脂成形体中の樹脂成分を焼却し、これを除去することにより多孔体の第二前駆体を得る。上記樹脂成分を除去するための熱処理の温度、熱処理の時間および熱処理の雰囲気は、たとえば600℃以上で1時間とし、大気などの酸化雰囲気とすればよい。
<Third step>
Subsequently, the first precursor is heat-treated to incinerate the resin component in the conductive resin molded body and removed to obtain the second precursor of the porous body. The heat treatment temperature, heat treatment time, and heat treatment atmosphere for removing the resin component may be, for example, 600° C. or higher for 1 hour in an oxidizing atmosphere such as air.

<第4工程>
最後に、還元雰囲気下で上記第二前駆体に対して熱処理を更に行うことにより多孔体を得る。これにより、三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体を得ることができる。上記第4工程を行うことで、骨格本体に含まれる結晶粒が粗大化し、所望の効果が奏されると本発明者らは考えている。
<Fourth step>
Finally, a porous body is obtained by further heat-treating the second precursor in a reducing atmosphere. Thereby, a porous body having a skeleton having a three-dimensional network structure can be obtained. The present inventors believe that performing the fourth step coarsens the crystal grains contained in the skeleton body, thereby achieving the desired effect.

第4工程における「還元雰囲気」は、還元性ガスが存在する雰囲気であれば特に制限されない。還元性ガスとしては、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、硫化水素ガス等が挙げられる。上記還元雰囲気は、還元性ガスの他に、窒素ガスなどの不活性ガスが存在してもよい。上記還元雰囲気における還元性ガスの体積割合は、50体積%以上100体積%以下であることが好ましく、75体積%以上100体積%以下であることがより好ましい。 The "reducing atmosphere" in the fourth step is not particularly limited as long as it is an atmosphere in which reducing gas is present. Examples of reducing gases include hydrogen gas, carbon monoxide gas, and hydrogen sulfide gas. The reducing atmosphere may contain an inert gas such as nitrogen gas in addition to the reducing gas. The volume ratio of the reducing gas in the reducing atmosphere is preferably 50% by volume or more and 100% by volume or less, more preferably 75% by volume or more and 100% by volume or less.

第4工程における熱処理の温度は、650℃以上1200℃以下であることが好ましく、700℃以上1200℃以下であることがより好ましく、800℃以上1100℃以下であることが更に好ましい。 The temperature of the heat treatment in the fourth step is preferably 650° C. or higher and 1200° C. or lower, more preferably 700° C. or higher and 1200° C. or lower, and even more preferably 800° C. or higher and 1100° C. or lower.

第4工程における熱処理の時間は、5分以上60分以下であることが好ましく、10分以上20分以下であることがより好ましい。 The heat treatment time in the fourth step is preferably 5 minutes or more and 60 minutes or less, more preferably 10 minutes or more and 20 minutes or less.

ここで上記の方法により得た多孔体の平均気孔径は、樹脂成形体の平均気孔径とほぼ等しくなる。このため多孔体を適用する用途に応じ、多孔体を得るために用いる樹脂成形体の平均気孔径を適宜選択すればよい。多孔体の気孔率は、最終的にはめっきされる金属量(目付量)で決定されるため、最終製品である多孔体において求められる気孔率に応じ、めっきするニッケル-コバルト合金の目付量を適宜選択すればよい。樹脂成形体の気孔率および平均気孔径は、上述した骨格の気孔率および平均気孔径と同様に定義され、かつ「骨格」を「樹脂成形体」に読み替えて適用することにより、上述の計算式に基づいて求めることができる。 Here, the average pore diameter of the porous body obtained by the above method is substantially equal to the average pore diameter of the resin molding. For this reason, the average pore diameter of the resin molding used to obtain the porous body may be appropriately selected according to the application of the porous body. Since the porosity of the porous body is ultimately determined by the amount of metal to be plated (basis weight), the basis weight of the nickel-cobalt alloy to be plated may be appropriately selected according to the porosity required in the porous body, which is the final product. The porosity and average pore diameter of the resin molded article are defined in the same manner as the porosity and average pore diameter of the skeleton described above, and can be obtained based on the above formula by replacing "skeleton" with "resin molded article".

以上の工程を経ることより、本実施形態に係る多孔体を製造することができる。上記多孔体は、三次元網目状構造を有する骨格を備え、上記骨格の本体は、ニッケルとコバルトとを構成元素として含む結晶粒を含む。さらに上記コバルトの質量割合は、ニッケルおよびコバルトの合計質量に対して、0.2以上0.8以下である。また、上記多孔体は、上記骨格の本体の断面を200倍の倍率で観察することにより第一観察像を得た場合、上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子短径は2μm以上である。もって多孔体は、燃料電池の空気極用集電体または水素極用集電体として適度な強度を有することができる。 Through the steps described above, the porous body according to the present embodiment can be manufactured. The porous body has a skeleton having a three-dimensional network structure, and the main body of the skeleton contains crystal grains containing nickel and cobalt as constituent elements. Further, the mass ratio of cobalt is 0.2 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of nickel and cobalt. Further, in the porous body, when a first observation image is obtained by observing a cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 200, the minor diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is 2 μm or more. As a result, the porous body can have an appropriate strength as a current collector for the air electrode or the current collector for the hydrogen electrode of the fuel cell.

以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
(付記1)
三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体であって、
上記骨格の本体は、ニッケルとコバルトとを構成元素として含む結晶粒を含み、
上記コバルトの質量割合は、上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対して、0.2以上0.8以下であり、
上記骨格の本体の断面を200倍の倍率で観察することにより第一観察像を得た場合、上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子短径は2μm以上である、多孔体。
(付記2)
上記コバルトの質量割合は、上記ニッケルおよび上記コバルトの合計質量に対して、0.2以上0.45以下又は0.6以上0.8以下である、付記1に記載の多孔体。
(付記3)
上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子短径は2μm以上15μm以下である、付記1に記載の多孔体。
(付記4)
上記第一観察像において求められる上記結晶粒の粒子長径は8μm以上20μm以下である、付記1に記載の多孔体。
(付記5)
上記骨格の本体の厚みは、5μm以上60μm以下である、付記1に記載の多孔体。
(付記6)
上記結晶粒における上記ニッケルおよび上記コバルトの合計の質量割合は、80質量%以上100質量%未満である、付記1に記載の多孔体。
The above description includes the features appended below.
(Appendix 1)
A porous body having a skeleton having a three-dimensional network structure,
The main body of the skeleton contains crystal grains containing nickel and cobalt as constituent elements,
The mass ratio of the cobalt is 0.2 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of the nickel and the cobalt,
The porous body, wherein when a first observation image is obtained by observing a cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 200, the minor diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is 2 μm or more.
(Appendix 2)
The porous body according to appendix 1, wherein the mass ratio of the cobalt is 0.2 or more and 0.45 or less, or 0.6 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of the nickel and the cobalt.
(Appendix 3)
The porous body according to appendix 1, wherein the minor diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is 2 μm or more and 15 μm or less.
(Appendix 4)
The porous body according to appendix 1, wherein the major diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is 8 μm or more and 20 μm or less.
(Appendix 5)
The porous body according to Appendix 1, wherein the main body of the skeleton has a thickness of 5 μm or more and 60 μm or less.
(Appendix 6)
The porous body according to Appendix 1, wherein a total mass ratio of the nickel and the cobalt in the crystal grains is 80% by mass or more and less than 100% by mass.

以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these.

≪多孔体の作製≫
<試料1>
以下の手順で試料1の多孔体を作製した。
(第1工程)
まず三次元網目状構造を有する樹脂成形体として1.5mm厚のポリウレタン樹脂製シートを準備した。このポリウレタン樹脂製シートの気孔率および平均気孔径を上述の計算式に基づいて求めたところ、上記気孔率は96%であり、上記平均気孔径は450μmであった。
<<Preparation of porous body>>
<Sample 1>
A porous body of sample 1 was produced in the following procedure.
(First step)
First, a polyurethane resin sheet having a thickness of 1.5 mm was prepared as a resin molding having a three-dimensional network structure. When the porosity and average pore diameter of this polyurethane resin sheet were determined based on the above formula, the porosity was 96% and the average pore diameter was 450 μm.

次に、導電性塗料(カーボンブラックを含むスラリー)を上記樹脂成形体に含浸し、その後ロールで絞って乾燥させることにより、樹脂成形体の表面に導電被覆層を形成した。これにより導電性樹脂成形体を得た。 Next, a conductive coating layer was formed on the surface of the resin molding by impregnating the resin molding with a conductive paint (slurry containing carbon black), then squeezing it with a roll and drying it. Thus, a conductive resin molding was obtained.

(第2工程)
上記導電性樹脂成形体をカソードとし、下記の浴組成および電解条件の下で電解めっきを行なった。これにより、導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金を660g/m付着させ、もって多孔体の第一前駆体を得た。
(Second step)
Electroplating was carried out using the above conductive resin molding as a cathode under the following bath composition and electrolysis conditions. As a result, 660 g/m 2 of nickel-cobalt alloy was deposited on the conductive resin molding, thereby obtaining a first porous body precursor.

〈浴組成〉
塩(水溶液):スルファミン酸ニッケル及びスルファミン酸コバルトの水溶液 NiおよびCoの合計量を400g/Lとした。
Co/(Ni+Co)の質量割合を0.34とした。
ホウ酸: 35g/L
pH: 4.5。
<Bath composition>
Salt (aqueous solution): Aqueous solution of nickel sulfamate and cobalt sulfamate The total amount of Ni and Co was 400 g/L.
The mass ratio of Co/(Ni+Co) was set to 0.34.
Boric acid: 35g/L
pH: 4.5.

〈電解条件〉
温度: 50℃
電流密度: 5A/dm
アノード: 不溶性陽極。
<Electrolysis conditions>
Temperature: 50°C
Current density: 5A/ dm2
Anode: Insoluble anode.

(第3工程)
上記第一前駆体に対して熱処理を行なって、導電性樹脂成形体中の樹脂成分を焼却し、これを除去することにより多孔体の第二前駆体を得た。上記樹脂成分を除去するための熱処理の温度を650℃とし、その雰囲気を大気雰囲気とした。なお、試料1の多孔体の作製では、還元雰囲気下における熱処理(第4工程)を行わなかった。そのため、上記第二前駆体を試料1の多孔体とした。
(Third step)
The first precursor was heat-treated to incinerate the resin component in the conductive resin molded body, and the second precursor of the porous body was obtained by removing this. The temperature of the heat treatment for removing the resin component was set to 650° C., and the atmosphere was an air atmosphere. Incidentally, in the production of the porous body of Sample 1, the heat treatment (fourth step) in a reducing atmosphere was not performed. Therefore, the porous body of Sample 1 was used as the second precursor.

<試料2>
第1工程~第3工程は、<試料1>と同じ操作を行うことで、多孔体の第二前駆体を得た。
<Sample 2>
The first to third steps were performed in the same manner as in <Sample 1> to obtain a second porous body precursor.

(第4工程)
還元雰囲気下(水素ガス雰囲気下)で上記第二前駆体に対して熱処理を更に行うことで試料2の多孔体を得た。第4工程における熱処理の温度は650℃とし、熱処理の時間は10分とした。
(Fourth step)
A porous body of Sample 2 was obtained by further heat-treating the second precursor in a reducing atmosphere (under a hydrogen gas atmosphere). The heat treatment temperature in the fourth step was 650° C., and the heat treatment time was 10 minutes.

<試料3>
第4工程において熱処理の温度を700℃としたこと以外は<試料2>と同じ操作を行うことで試料3の多孔体を得た。
<Sample 3>
A porous body of Sample 3 was obtained by performing the same operation as <Sample 2> except that the temperature of the heat treatment was set to 700° C. in the fourth step.

<試料4>
第2工程において導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金を300g/m付着させ、多孔体の第一前駆体を得たこと以外は<試料3>と同じ操作を行うことで試料4の多孔体を得た。
<Sample 4>
A porous body of Sample 4 was obtained by performing the same operation as <Sample 3> except that 300 g/m 2 of nickel-cobalt alloy was deposited on the conductive resin molded body in the second step to obtain the first precursor of the porous body.

<試料5>
第2工程において導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金を1300g/m付着させ、多孔体の第一前駆体を得たこと以外は<試料3>と同じ操作を行うことで試料5の多孔体を得た。
<Sample 5>
A porous body of Sample 5 was obtained by performing the same operation as <Sample 3> except that 1300 g/m 2 of nickel-cobalt alloy was deposited on the conductive resin molded body in the second step to obtain the first precursor of the porous body.

<試料6>
第2工程において導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金を1500g/m付着させ、多孔体の第一前駆体を得たこと以外は<試料3>と同じ操作を行うことで試料6の多孔体を得た。
<Sample 6>
A porous body of Sample 6 was obtained by performing the same operation as <Sample 3> except that 1500 g/m 2 of nickel-cobalt alloy was deposited on the conductive resin molded body in the second step to obtain the first precursor of the porous body.

<試料7>
第4工程において熱処理の温度を750℃としたこと以外は<試料2>と同じ操作を行うことで試料7の多孔体を得た。
<Sample 7>
A porous body of Sample 7 was obtained by performing the same operation as <Sample 2> except that the temperature of the heat treatment was changed to 750° C. in the fourth step.

<試料8>
第2工程において導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金を450g/m付着させ、多孔体の第一前駆体を得たこと、及び第4工程において熱処理の温度を800℃としたこと以外は<試料2>と同じ操作を行うことで試料8の多孔体を得た。
<Sample 8>
A porous body of Sample 8 was obtained by performing the same operation as <Sample 2> except that in the second step, 450 g/m 2 of a nickel-cobalt alloy was deposited on the conductive resin molded body to obtain the first precursor of the porous body, and in the fourth step, the temperature of the heat treatment was set to 800 ° C.

<試料9>
第2工程において浴組成のCo/(Ni+Co)の質量割合を0.87としたこと、第2工程において導電性樹脂成形体上にニッケル-コバルト合金を420g/m付着させ、多孔体の第一前駆体を得たこと、及び第4工程において熱処理の温度を800℃としたこと以外は<試料2>と同じ操作を行うことで試料9の多孔体を得た。
<Sample 9>
A porous body of Sample 9 was obtained by performing the same operation as <Sample 2> except that the mass ratio of Co/(Ni + Co) in the bath composition was set to 0.87 in the second step, that 420 g/m 2 of nickel-cobalt alloy was deposited on the conductive resin molded body in the second step to obtain the first precursor of the porous body, and that the temperature of the heat treatment was set to 800 ° C. in the fourth step.

<試料10>
第2工程において浴組成のCo/(Ni+Co)の質量割合を0.15としたこと以外は<試料2>と同じ操作を行うことで試料10の多孔体を得た。
<Sample 10>
A porous body of Sample 10 was obtained by performing the same operation as <Sample 2> except that the mass ratio of Co/(Ni+Co) in the bath composition was changed to 0.15 in the second step.

以上の手順で、試料1~試料10の多孔体を得た。ここで、試料2~試料8は実施例に相当し、試料1、試料9及び試料10は比較例に相当する。 Through the above procedure, porous bodies of Samples 1 to 10 were obtained. Here, Samples 2 to 8 correspond to Examples, and Samples 1, 9 and 10 correspond to Comparative Examples.

≪多孔体の性能評価≫
<多孔体の物性分析>
上述の方法により得た試料1~試料10の多孔体に関し、これらの骨格の本体におけるニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量割合を、それぞれ上記SEMに付帯のEDX装置(SEM部分:商品名「SUPRA35VP」、カールツァイスマイクロスコピー株式会社製、EDX部分:商品名「octane super」、アメテック株式会社製)を用いて調べた。具体的には、まず各試料の多孔体を切断した。次に切断された多孔体の骨格の断面を、上記EDX装置によって観察し、検出された各元素の原子濃度に基づいて当該コバルトの質量割合を求めた。その結果、試料1~試料10の多孔体の骨格本体におけるニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量割合はいずれも、これらを作製するのに用いためっき浴に含まれるニッケルおよびコバルトの合計質量に対するコバルトの質量割合(Co/(Ni+Co)の質量比)と一致した。
<<Performance evaluation of porous material>>
<Physical Property Analysis of Porous Body>
Regarding the porous bodies of Samples 1 to 10 obtained by the above-described method, the mass ratio of cobalt to the total mass of nickel and cobalt in the main body of these skeletons was examined using an EDX apparatus (SEM part: trade name "SUPRA35VP", manufactured by Carl Zeiss Microscopy Co., Ltd., EDX part: trade name "octane super", manufactured by Ametech Co., Ltd.). Specifically, first, the porous body of each sample was cut. Next, the cross section of the skeleton of the cut porous body was observed by the EDX apparatus, and the mass ratio of cobalt was obtained based on the detected atomic concentration of each element. As a result, the mass ratio of cobalt to the total mass of nickel and cobalt in the skeleton bodies of the porous bodies of Samples 1 to 10 all coincided with the mass ratio of cobalt to the total mass of nickel and cobalt contained in the plating bath used to produce these samples (mass ratio of Co/(Ni+Co)).

さらに試料1~試料10の多孔体に対し、上述した計算式に従って骨格の平均気孔径および気孔率を求めた。その結果、上記樹脂成形体の気孔率および平均気孔径と一致し、気孔率は96%であり、平均気孔径は450μmであった。さらに試料1~試料10の多孔体は、厚みが1.4mmであった。 Furthermore, for the porous bodies of Samples 1 to 10, the average pore diameter and porosity of the skeleton were determined according to the above-described formulas. As a result, the porosity was 96% and the average pore diameter was 450 μm, matching the porosity and average pore diameter of the resin molding. Furthermore, the porous bodies of Samples 1 to 10 had a thickness of 1.4 mm.

<粒子短径、粒子長径の算出>
まず、以下の手順で骨格本体の断面のEBSD解析を行った。具体的には、測定対象の多孔体を、骨格本体の長手方向に対して垂直な骨格本体の断面が少なくとも1視野分得られるように切断した。その後、得られた断面を耐水研磨紙(粒度:#800、#2000)で機械研磨した。
<Calculation of particle minor diameter and particle major diameter>
First, the EBSD analysis of the cross section of the skeleton main body was performed by the following procedure. Specifically, the porous body to be measured was cut so that at least one view of the cross section of the skeleton body perpendicular to the longitudinal direction of the skeleton body was obtained. After that, the obtained cross section was mechanically polished with waterproof abrasive paper (particle size: #800, #2000).

次に、機械研磨した上記断面をArイオンによるイオンミーリング処理によりさらに平滑化した。イオンミーリング処理の条件は以下の通りである。
加速電圧:6kV
照射角度:骨格本体の上記断面の法線方向から0°
照射時間:6時間
観察面:断面加工面
Next, the mechanically polished cross section was further smoothed by an ion milling treatment using Ar ions. The conditions for the ion milling treatment are as follows.
Accelerating voltage: 6 kV
Irradiation angle: 0° from the normal direction of the cross section of the skeleton body
Irradiation time: 6 hours Observation surface: Cross-sectional surface

次に、上記の平滑化処理された断面(鏡面)を、EBSD装置(AMETEK社製、商品名:「OIM7.7.0」)を備えた電界放出型走査FE-SEM(ZEISS社製、製品名:「SUPRA35VP」)を用いて200倍の倍率で観察し、得られた第一観察像に対してEBSD解析を行い、カラーマップを作成した(例えば、図3)。このときのEBSD解析の条件は以下の通りである。
加速電圧 :15kV
Exposure time :0.01s
Binning :8×8
WD :15mm
Tilt :70°
分析領域 :420μm×1250μm
Next, the smoothed cross section (mirror surface) was observed at a magnification of 200 using a field emission scanning FE-SEM (manufactured by ZEISS, product name: "SUPRA35VP") equipped with an EBSD device (manufactured by AMETEK, product name: "OIM7.7.0"), and the obtained first observed image was subjected to EBSD analysis to create a color map (for example, FIG. 3). The conditions for the EBSD analysis at this time are as follows.
Accelerating voltage: 15 kV
Exposure time: 0.01s
Binning: 8x8
WD: 15mm
Tilt: 70°
Analysis area: 420 μm×1250 μm

作成したカラーマップに基づいて、結晶粒の粒子短径及び粒子長径を上述の方法を用いて求めた。1視野につき6個の粒子の粒子短径及び粒子長径をそれぞれ求め、それらの平均値をその視野における粒子短径及び粒子長径とした。さらにこれを10視野について行い、各視野で求められた値の算術平均を当該多孔体における粒子の粒子短径及び粒子長径とした。結果を表1に示す。 Based on the created color map, the particle minor diameter and particle major diameter of the crystal grains were determined using the method described above. The particle minor diameter and particle major diameter of six particles per field of view were obtained, and the average value thereof was taken as the particle minor diameter and particle major diameter in that field of view. Further, this was performed for 10 fields of view, and the arithmetic average of the values obtained in each field of view was taken as the particle short diameter and particle long diameter of the particles in the porous body. Table 1 shows the results.

<骨格本体の厚み>
各試料における骨格本体の厚みを以下の手順で求めた。まず、試料である多孔体を、骨格本体の断面が現れるように切断した。切断された断面を一つ選択し、これを3000倍の倍率で拡大して電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ社製、商品名:Flex SEM1000II)により観察することで観察像を得た。次に、上記観察像に現れた1個の骨格を形成する三角形のうちの任意の1辺の厚みを、その1辺の中央部において測定し、これを骨格本体の厚みとした。さらに、このような測定を10枚(10視野)の観察像に対して行なうことにより、10点の骨格本体の厚みを得た。最後に、これらの平均値を算出することにより、当該骨格本体の厚みを求めた。結果を表1に示す。
<Thickness of skeleton body>
The thickness of the skeleton body in each sample was obtained by the following procedure. First, the sample porous body was cut so that the cross section of the skeleton body appeared. An observed image was obtained by selecting one cut cross-section, magnifying it at a magnification of 3000, and observing it with an electron microscope (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation, trade name: Flex SEM1000II). Next, the thickness of any one side of the triangle forming one skeleton appearing in the observed image was measured at the center of the one side, and this was taken as the thickness of the skeleton body. Furthermore, by performing such measurements on 10 observation images (10 fields of view), 10 points of the thickness of the skeleton body were obtained. Finally, the thickness of the skeleton body was determined by calculating the average value of these values. Table 1 shows the results.

<発電評価>
さらに試料1~試料10の多孔体を空気極用集電体として、エルコーゲン社製のYSZセル(図11)と共に燃料電池を作製し(図10)、以下の発電性能評価を行った。
<Power generation evaluation>
Further, using the porous bodies of Samples 1 to 10 as current collectors for the air electrode, a fuel cell was produced (FIG. 10) together with a YSZ cell (FIG. 11) manufactured by Elcogen, and the power generation performance was evaluated as follows.

動作温度を700℃として、作製された燃料電池の水素極用集電体に燃料ガスとして水素を0.3L/分で流し、空気極用集電体に空気を1.0L/分で流した時の出力性能(最大の出力密度)を求めた。結果を表1に示す。 The operating temperature was set to 700° C., hydrogen as a fuel gas was passed through the hydrogen electrode current collector of the fabricated fuel cell at 0.3 L/min, and the output performance (maximum output density) was obtained when air was passed through the air electrode current collector at 1.0 L/min. Table 1 shows the results.

Figure 0007314940000001
Figure 0007314940000001

<考察>
表1における実施例の結果によれば、骨格の本体がニッケル及びコバルトを所定割合で含み、骨格の本体における結晶粒の粒子短径が2μm以上である多孔体を空気極用集電体として用いて燃料電池を製造した場合、当該燃料電池は、出力性能が300mW/cm以上であり良好であることがわかった。
以上のことから、実施例に係る多孔体は、燃料電池の空気極用集電体および水素極用集電体として適度な強度を有することが分かった。
<Discussion>
According to the results of Examples in Table 1, it was found that when a fuel cell is manufactured using a porous body in which the main body of the skeleton contains nickel and cobalt in a predetermined ratio and the minor diameter of the crystal grains in the main body of the skeleton is 2 μm or more as the current collector for the air electrode, the fuel cell has a good output performance of 300 mW/cm 2 or more.
From the above, it was found that the porous bodies according to the examples have appropriate strength as current collectors for air electrodes and current collectors for hydrogen electrodes of fuel cells.

一方、表1における比較例の結果によれば、骨格の本体がニッケル及びコバルトを所定割合で含むが、骨格の本体における結晶粒の粒子短径が2μm未満である多孔体を空気極用集電体として用いて燃料電池を製造した場合、当該燃料電池は、出力性能が250mW/cmであり、実施例の燃料電池よりも下回った(試料1)。このような多孔体は、硬すぎるため燃料電池を作製した際に、スペーサー間の気密性が十分担保されず(例えば、図13)、空気等がリークしたためであると考えられた。また、骨格の本体におけるコバルトの含有割合が所定の割合を超える多孔体を空気極用集電体として用いて燃料電池を製造した場合、当該燃料電池は、出力性能が285mW/cmであり、実施例の燃料電池よりも下回った(試料9)。このような多孔体も、硬すぎるため燃料電池を作製した際に、スペーサー間の気密性が十分担保されず、空気等がリークしたためであると考えられた。
骨格の本体におけるコバルトの含有割合が所定の割合に満たない多孔体を空気極用集電体として用いて燃料電池を製造した場合、当該燃料電池は、出力性能が240mW/cmであり、実施例の燃料電池よりも下回った(試料10)。このような多孔体は硬度が十分ではないため、燃料電池を作製した際に、当該多孔体に割れが発生したためであると考えられた。
On the other hand, according to the results of the comparative examples in Table 1, when the main body of the skeleton contained nickel and cobalt in a predetermined ratio, and the porous body in which the particle short diameter of the crystal grains in the main body of the skeleton was less than 2 μm was used as the current collector for the air electrode, the output performance of the fuel cell was 250 mW/cm 2 , which was lower than that of the fuel cell of the example (Sample 1). It is considered that such a porous body is too hard to ensure sufficient airtightness between spacers (eg, FIG. 13) when the fuel cell is produced, and air or the like leaks. In addition, when a fuel cell was manufactured using a porous body in which the proportion of cobalt contained in the main body of the skeleton exceeded a predetermined proportion as the current collector for the air electrode, the output performance of the fuel cell was 285 mW/cm 2 , which was lower than that of the fuel cell of the example (Sample 9). Such a porous body was also considered to be too hard, and airtightness between the spacers was not sufficiently ensured when the fuel cell was produced, and air and the like leaked.
When a fuel cell was manufactured using a porous body in which the proportion of cobalt contained in the main body of the skeleton was less than the predetermined proportion as the current collector for the air electrode, the fuel cell had an output performance of 240 mW/cm 2 , which was lower than the fuel cell of the example (Sample 10). It is thought that this is because cracks occurred in the porous body when the fuel cell was manufactured because such a porous body does not have sufficient hardness.

以上のように本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as above, it is planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time are illustrative in all respects and should not be considered restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above-described embodiments and examples, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

1 支柱部、 2 ノード部、 10 フレーム部、 11 骨格本体、 12 骨格、 13 内部、 14 気孔部、 20 セル部、 30 三次元網目状構造、 100 燃料電池用セル、 102 空気極、 104 中間層、 106 電解質層、 108 水素極、 110 水素極用集電体、 112 第一インターコネクタ、 114 燃料流路、 120 空気極用集電体、 122 第二インターコネクタ、 124 酸化剤流路、 130 第一スペーサー、 131 第二スペーサー、 150 燃料電池、 A 仮想平面、 R1 粒子短径、 R2 粒子長径 1 pillar part 2 node part 10 frame part 11 skeleton main body 12 skeleton 13 inside 14 pore part 20 cell part 30 three-dimensional network structure 100 fuel cell cell 102 air electrode 104 intermediate layer 106 electrolyte layer 108 hydrogen electrode 110 current collector for hydrogen electrode 112 first interface Connector 114 Fuel Channel 120 Air Electrode Current Collector 122 Second Interconnector 124 Oxidant Channel 130 First Spacer 131 Second Spacer 150 Fuel Cell A Virtual Plane R1 Particle Minor Diameter R2 Particle Long Diameter

Claims (11)

三次元網目状構造を有する骨格を備えた多孔体であって、
前記骨格の本体は、ニッケル-コバルト合金を含む結晶粒を含み、
前記ニッケル-コバルト合金におけるコバルトの質量割合は、ニッケルおよびコバルトの合計質量に対して、0.2以上0.8以下であり、
前記骨格の本体の断面を200倍の倍率で観察することにより第一観察像を得た場合、前記第一観察像において求められる前記結晶粒の粒子短径は2μm以上である、多孔体。
A porous body having a skeleton having a three-dimensional network structure,
the body of the framework comprises grains comprising a nickel-cobalt alloy ;
The mass ratio of cobalt in the nickel-cobalt alloy is 0.2 or more and 0.8 or less with respect to the total mass of nickel and cobalt ,
The porous body, wherein when a first observation image is obtained by observing a cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 200, the minor diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is 2 μm or more.
前記第一観察像において求められる前記結晶粒の粒子長径は、8μm以上である、請求項1に記載の多孔体。 2. The porous body according to claim 1, wherein the major diameter of the crystal grains obtained in the first observation image is 8 μm or more. 前記骨格の本体の厚みは、5μm以上75μm以下である、請求項1または請求項2に記載の多孔体。 3. The porous body according to claim 1, wherein the main body of the skeleton has a thickness of 5 μm or more and 75 μm or less. 前記骨格の本体は、ケイ素、カルシウム、カリウム、マグネシウム、炭素、スズ、アルミニウム、ナトリウム、鉄、タングステン、チタン、リン、ホウ素、銀、金、銅、亜鉛、クロム、モリブデン、窒素、硫黄、フッ素、及び塩素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を構成元素としてさらに含む、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の多孔体。 The porous body according to any one of claims 1 to 3, wherein the main body of the skeleton further comprises at least one element selected from the group consisting of silicon, calcium, potassium, magnesium, carbon, tin, aluminum, sodium, iron, tungsten, titanium, phosphorus, boron, silver, gold, copper, zinc, chromium, molybdenum, nitrogen, sulfur, fluorine, and chlorine. 前記骨格の本体は、酸素を構成元素としてさらに含む、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の多孔体。 The porous body according to any one of claims 1 to 4, wherein the main body of the skeleton further contains oxygen as a constituent element. 前記酸素は、前記骨格の本体において0.1質量%以上35質量%以下含まれる、請求項5に記載の多孔体。 6. The porous body according to claim 5, wherein the main body of the skeleton contains 0.1% by mass or more and 35% by mass or less of oxygen. 前記骨格の本体は、スピネル型酸化物を含む、請求項5または請求項6に記載の多孔体。 7. The porous body according to claim 5 or 6, wherein the main body of the skeleton contains a spinel oxide. 前記骨格の本体は、その断面を3000倍の倍率で観察することにより第二観察像を得た場合、前記第二観察像の任意の10μm四方の領域において現われる長径1μm以上の空隙の数が5個以下である、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の多孔体。 8. The porous body according to any one of claims 1 to 7, wherein, when a second observation image is obtained by observing the cross section of the main body of the skeleton at a magnification of 3000 times, the number of voids having a major diameter of 1 μm or more appearing in an arbitrary 10 μm square region of the second observation image is 5 or less. 前記骨格は、中空である、請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の多孔体。 The porous body according to any one of claims 1 to 8, wherein the skeleton is hollow. 前記多孔体は、シート状の外観を有し、厚みが0.2mm以上2mm以下である、請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の多孔体。 The porous body according to any one of claims 1 to 9, wherein the porous body has a sheet-like appearance and a thickness of 0.2 mm or more and 2 mm or less. 空気極用集電体および水素極用集電体を備える燃料電池であって、
前記空気極用集電体および前記水素極用集電体からなる群より選ばれる少なくとも一方は、請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の多孔体を含む、燃料電池。
A fuel cell comprising an air electrode current collector and a hydrogen electrode current collector,
11. A fuel cell, wherein at least one selected from the group consisting of the air electrode current collector and the hydrogen electrode current collector includes the porous body according to any one of claims 1 to 10.
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